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Un sistema di computer interconnessi e periferiche computerizzate come le stampanti è chiamato rete di computer. Questa interconnessione tra i computer facilita la condivisione delle informazioni tra di loro. I computer possono connettersi tra loro tramite supporti cablati o wireless.

Classificazione delle reti di computer

Le reti di computer sono classificate in base a vari fattori, tra cui:

• Intervallo geografico
• Inter-connectivity
• Administration
• Architecture

Intervallo geografico

Geograficamente una rete può essere vista in una delle seguenti categorie:

• Può essere distribuito su tutto il tavolo, tra i dispositivi abilitati Bluetooth. Che vanno non più di pochi metri.
• Può essere distribuito su un intero edificio, compresi i dispositivi intermedi per collegare tutti i piani.
• Può essere distribuito su un'intera città.
• Può essere esteso su più città o province.
• Potrebbe essere una rete che copre tutto il mondo.

Interconnettività

I componenti di una rete possono essere collegati tra loro in modo diverso in qualche modo. Per connessione intendiamo logicamente, fisicamente o in entrambi i modi.

• Ogni singolo dispositivo può essere connesso a ogni altro dispositivo in rete, rendendo la rete mesh.
• Tutti i dispositivi possono essere collegati a un unico supporto ma geograficamente scollegato, creato come una struttura a bus.
• Ogni dispositivo è collegato solo ai suoi pari sinistro e destro, creando una struttura lineare.
• Tutti i dispositivi collegati tra loro con un unico dispositivo, creando una struttura a stella.
• Tutti i dispositivi collegati arbitrariamente utilizzando tutti i modi precedenti per connettersi tra loro, risultando in una struttura ibrida.

Amministrazione

Dal punto di vista di un amministratore, una rete può essere una rete privata che appartiene a un unico sistema autonomo e non è accessibile al di fuori del suo dominio fisico o logico, una rete può essere pubblica alla quale tutti possono accedere.

Architettura di rete

Le reti di computer possono essere differenziate in vari tipi come client-server, peer-to-peer o ibride, a seconda della sua architettura.

• Possono esserci uno o più sistemi che agiscono come Server. Altro che client, richiede al server di servire le richieste. Il server accetta ed elabora la richiesta per conto dei client.
• È possibile collegare due sistemi punto a punto o in modalità back-to-back. Entrambi risiedono allo stesso livello e sono chiamati pari.
• Può esserci una rete ibrida che coinvolge l'architettura di rete di entrambi i tipi di cui sopra.

Applicazioni di rete

I sistemi informatici e le periferiche sono collegati per formare una rete e offrono numerosi vantaggi:

• Condivisione di risorse come stampanti e dispositivi di archiviazione
• Scambio di informazioni tramite posta elettronica e FTP
• Condivisione delle informazioni tramite Web o Internet
• Interazione con altri utenti utilizzando pagine web dinamiche
• Telefoni IP
• Videoconferenze
• Calcolo parallelo
• Messaggistica istantanea

In generale, le reti si distinguono in base alla loro estensione geografica. Una rete può essere piccola quanto la distanza tra il tuo telefono cellulare e le sue cuffie Bluetooth e grande quanto Internet stesso, coprendo l'intero mondo geografico,

Rete di area personale

Una Personal Area Network (PAN) è la rete più piccola che è molto personale per un utente. Ciò può includere dispositivi abilitati Bluetooth o dispositivi abilitati agli infrarossi. PAN ha un raggio di connettività fino a 10 metri. PAN può includere tastiera e mouse wireless per computer, cuffie abilitate Bluetooth, stampanti wireless e telecomandi TV.

Ad esempio, Piconet è una Personal Area Network abilitata per Bluetooth che può contenere fino a 8 dispositivi collegati insieme in modalità master-slave.

Rete locale

Una rete di computer situata all'interno di un edificio e gestita sotto un unico sistema amministrativo è generalmente definita rete locale (LAN). Di solito, la LAN copre gli uffici, le scuole, i college o le università di un'organizzazione. Il numero di sistemi collegati in LAN può variare da un minimo di due a un massimo di 16 milioni.

La LAN fornisce un modo utile per condividere le risorse tra gli utenti finali. Le risorse come stampanti, file server, scanner e Internet sono facilmente condivisibili tra i computer.

Le LAN sono composte da apparecchiature di rete e di instradamento economiche. Può contenere server locali che servono l'archiviazione di file e altre applicazioni condivise localmente. Funziona principalmente su indirizzi IP privati ​​e non implica un instradamento pesante. La LAN funziona sotto il proprio dominio locale e controllata centralmente.

La LAN utilizza la tecnologia Ethernet o Token-ring. Ethernet è la tecnologia LAN più ampiamente utilizzata e utilizza la topologia a stella, mentre il Token-ring si vede raramente.

La LAN può essere cablata, wireless o in entrambe le forme contemporaneamente.

Rete metropolitana

Il Metropolitan Area Network (MAN) si espande generalmente in una città come la rete TV via cavo. Può essere sotto forma di Ethernet, Token-ring, ATM o Fiber Distributed Data Interface (FDDI).

Metro Ethernet è un servizio fornito dagli ISP. Questo servizio consente ai suoi utenti di espandere le proprie reti locali. Ad esempio, MAN può aiutare un'organizzazione a collegare tutti i suoi uffici in una città.

La spina dorsale di MAN è la fibra ottica ad alta capacità e ad alta velocità. MAN opera tra Local Area Network e Wide Area Network. MAN fornisce uplink per LAN a WAN o Internet.

Wide Area Network

Come suggerisce il nome, la Wide Area Network (WAN) copre una vasta area che può estendersi attraverso province e persino un intero paese. In generale, le reti di telecomunicazione sono Wide Area Network. Queste reti forniscono connettività a MAN e LAN. Poiché sono dotate di backbone ad altissima velocità, le WAN utilizzano apparecchiature di rete molto costose.

La WAN può utilizzare tecnologie avanzate come ATM (Asynchronous Transfer Mode), Frame Relay e Synchronous Optical Network (SONET). La WAN può essere gestita da più amministrazioni.

Internetwork

Una rete di reti è chiamata internetwork, o semplicemente Internet. È la più grande rete esistente su questo pianeta. Internet collega enormemente tutte le WAN e può avere connessioni a LAN e reti domestiche. Internet utilizza la suite di protocolli TCP / IP e utilizza IP come protocollo di indirizzamento. Al giorno d'oggi, Internet è ampiamente implementato utilizzando IPv4. A causa della carenza di spazi di indirizzi, sta migrando gradualmente da IPv4 a IPv6.

Internet consente ai suoi utenti di condividere e accedere a enormi quantità di informazioni in tutto il mondo. Utilizza WWW, FTP, servizi di posta elettronica, streaming audio e video, ecc. A un livello enorme, Internet funziona sul modello Client-Server.

Internet utilizza una dorsale di fibra ottica ad altissima velocità. Per interconnettere i vari continenti, le fibre vengono poste sotto il mare a noi noto come cavo di comunicazione sottomarino.

Internet è ampiamente distribuito sui servizi World Wide Web utilizzando pagine HTML collegate ed è accessibile da un software client noto come browser Web. Quando un utente richiede una pagina utilizzando un browser Web situato su un server Web in qualsiasi parte del mondo, il server Web risponde con la pagina HTML appropriata. Il ritardo di comunicazione è molto basso.

Internet serve molte proposte ed è coinvolto in molti aspetti della vita. Alcuni di loro sono:

• Siti web
• E-mail
• Messaggistica istantanea
• Blogging
• Social media
• Marketing
• Networking
• Condivisione di risorse
• Streaming audio e video

Vediamo in breve varie tecnologie LAN:

Ethernet

Ethernet è una tecnologia LAN ampiamente diffusa. Questa tecnologia è stata inventata da Bob Metcalfe e DR Boggs nel 1970. È stata standardizzata in IEEE 802.3 nel 1980.

Ethernet condivide i media. La rete che utilizza media condivisi ha un'alta probabilità di collisione dei dati. Ethernet utilizza la tecnologia Carrier Sense Multi Access / Collision Detection (CSMA / CD) per rilevare le collisioni. Al verificarsi di una collisione in Ethernet, tutti i suoi host eseguono il rollback, attendono un periodo di tempo casuale e quindi ritrasmettono i dati.

Il connettore Ethernet è una scheda di interfaccia di rete dotata di un indirizzo MAC a 48 bit. Ciò aiuta altri dispositivi Ethernet a identificare e comunicare con dispositivi remoti in Ethernet.

L'Ethernet tradizionale utilizza le specifiche 10BASE-T. Il numero 10 rappresenta la velocità di 10MBPS, BASE sta per banda base e T sta per Thick Ethernet. 10BASE-T Ethernet fornisce velocità di trasmissione fino a 10 MBPS e utilizza un cavo coassiale o un cavo a doppino intrecciato Cat-5 con connettore RJ-45. Ethernet segue la topologia a stella con una lunghezza del segmento fino a 100 metri. Tutti i dispositivi sono collegati a un hub / switch in modo da star.

Internet veloce

Per soddisfare la necessità di tecnologie software e hardware in rapida crescita, Ethernet si estende come Fast-Ethernet. Può funzionare su UTP, fibra ottica e anche in modalità wireless. Può fornire velocità fino a 100 MBPS. Questo standard è denominato 100BASE-T in IEEE 803.2 utilizzando un cavo a doppino intrecciato Cat-5. Utilizza la tecnica CSMA / CD per la condivisione dei media cablati tra gli host Ethernet e la tecnica CSMA / CA (CA sta per Collision Avoidance) per la LAN Ethernet wireless.

Fast Ethernet su fibra è definito secondo lo standard 100BASE-FX che fornisce velocità fino a 100 MBPS su fibra. Ethernet su fibra può essere estesa fino a 100 metri in modalità half-duplex e può raggiungere un massimo di 2000 metri in full-duplex su fibre multimodali.

Giga-Ethernet

Dopo essere stato introdotto nel 1995, Fast-Ethernet ha potuto godere del suo stato di alta velocità solo per 3 anni fino all'introduzione di Giga-Ethernet. Giga-Ethernet fornisce velocità fino a 1000 mbit / secondo. IEEE802.3ab standardizza Giga-Ethernet su UTP utilizzando cavi Cat-5, Cat-5e e Cat-6. IEEE802.3ah definisce Giga-Ethernet su fibra.

LAN virtuale

La LAN utilizza Ethernet che a sua volta funziona su media condivisi. I media condivisi in Ethernet creano un singolo dominio Broadcast e un singolo dominio Collision. L'introduzione degli switch su Ethernet ha rimosso il problema del singolo dominio di collisione e ogni dispositivo connesso allo switch funziona nel proprio dominio di collisione separato. Ma anche gli Switch non possono dividere una rete in domini Broadcast separati.

Virtual LAN è una soluzione per dividere un singolo dominio Broadcast in più domini Broadcast. L'host in una VLAN non può parlare con un host in un'altra. Per impostazione predefinita, tutti gli host vengono inseriti nella stessa VLAN.

In questo diagramma, diverse VLAN sono rappresentate con diversi codici colore. Gli host in una VLAN, anche se connessi sullo stesso switch, non possono vedere o parlare con altri host in diverse VLAN. VLAN è la tecnologia Layer-2 che funziona a stretto contatto su Ethernet. Per instradare i pacchetti tra due diverse VLAN è necessario un dispositivo di livello 3 come il router.

Una topologia di rete è la disposizione con cui i sistemi di computer o i dispositivi di rete sono collegati tra loro. Le topologie possono definire sia l'aspetto fisico che logico della rete. Sia la topologia logica che quella fisica possono essere uguali o diverse in una stessa rete.

Punto a punto

Le reti punto-punto contengono esattamente due host come computer, switch o router, server collegati schiena contro schiena utilizzando un unico pezzo di cavo. Spesso, l'estremità ricevente di un host è collegata all'estremità inviante dell'altro e viceversa.

Se gli host sono connessi da punto a punto in modo logico, potrebbero essere presenti più dispositivi intermedi. Ma gli host finali non sono consapevoli della rete sottostante e si vedono l'un l'altro come se fossero collegati direttamente.

Topologia del bus

In caso di topologia Bus, tutti i dispositivi condividono una singola linea di comunicazione o cavo. La topologia Bus potrebbe avere problemi mentre più host inviano dati contemporaneamente. Pertanto, la topologia Bus utilizza la tecnologia CSMA / CD o riconosce un host come Bus Master per risolvere il problema. È una delle forme semplici di rete in cui un guasto di un dispositivo non influisce sugli altri dispositivi. Ma il guasto della linea di comunicazione condivisa può far smettere di funzionare tutti gli altri dispositivi.

Entrambe le estremità del canale condiviso hanno un terminatore di linea. I dati vengono inviati in una sola direzione e non appena raggiunge il limite estremo, il terminatore rimuove i dati dalla linea.

Topologia a stella

Tutti gli host nella topologia a stella sono collegati a un dispositivo centrale, noto come dispositivo hub, utilizzando una connessione punto a punto. Cioè, esiste una connessione punto a punto tra host e hub. Il dispositivo hub può essere uno dei seguenti:

• Dispositivo di livello 1 come hub o ripetitore
• Dispositivo di livello 2 come switch o bridge
• Dispositivo di livello 3 come router o gateway

Come nella topologia Bus, l'hub funge da singolo punto di errore. Se l'hub si guasta, la connettività di tutti gli host a tutti gli altri host non riesce. Ogni comunicazione tra host, avviene attraverso il solo hub, la topologia Star non è costosa in quanto collegare un host in più, è necessario un solo cavo e la configurazione è semplice.

Topologia ad anello

Nella topologia ad anello, ogni macchina host si connette esattamente ad altre due macchine, creando una struttura di rete circolare. Quando un host tenta di comunicare o inviare un messaggio a un host che non è adiacente ad esso, i dati viaggiano attraverso tutti gli host intermedi. Per connettere un altro host nella struttura esistente, l'amministratore potrebbe aver bisogno solo di un ulteriore cavo aggiuntivo.

Il fallimento di qualsiasi host provoca il fallimento dell'intero anello, quindi ogni connessione nell'anello è un punto di errore. Esistono metodi che impiegano un altro anello di backup.

Topologia mesh

In questo tipo di topologia, un host è connesso a uno o più host. Questa topologia ha host in connessione punto a punto con ogni altro host o può anche avere host che sono in connessione punto a punto solo con pochi host.

Gli host in topologia Mesh funzionano anche come relay per altri host che non hanno collegamenti diretti punto a punto. La tecnologia mesh è disponibile in due tipi:

• Full Mesh: Tutti gli host dispongono di una connessione punto a punto con ogni altro host nella rete. Pertanto per ogni nuovo host sono necessarie n (n-1) / 2 connessioni. Fornisce la struttura di rete più affidabile tra tutte le topologie di rete.
• Partially Mesh: Non tutti gli host hanno una connessione punto a punto a tutti gli altri host. Gli host si connettono tra loro in modo arbitrario. Questa topologia esiste in cui dobbiamo fornire affidabilità ad alcuni host tra tutti.

Topologia ad albero

Nota anche come topologia gerarchica, questa è la forma più comune di topologia di rete attualmente in uso. Questa topologia imita come topologia a stella estesa ed eredita le proprietà della topologia bus.

Questa topologia divide la rete in più livelli / strati di rete. Principalmente nelle LAN, una rete è suddivisa in tre tipi di dispositivi di rete. Il più basso è il livello di accesso a cui sono collegati i computer. Lo strato intermedio è noto come strato di distribuzione, che funge da mediatore tra lo strato superiore e lo strato inferiore. Il livello più alto è noto come livello principale ed è il punto centrale della rete, ovvero la radice dell'albero da cui si biforcano tutti i nodi.

Tutti gli host vicini hanno una connessione punto-punto tra loro. Simile alla topologia Bus, se la radice si interrompe, l'intera rete ne soffre anche, sebbene non sia l'unico punto di errore. Ogni connessione funge da punto di errore, il cui fallimento divide la rete in segmenti irraggiungibili.

Ghirlanda di margherite

Questa topologia collega tutti gli host in modo lineare. Simile alla topologia ad anello, tutti gli host sono connessi solo a due host, eccetto gli host finali. Significa che se gli host finali in daisy chain sono collegati, rappresenta la topologia ad anello.

Ogni collegamento nella topologia daisy chain rappresenta un singolo punto di errore. Ogni errore di collegamento divide la rete in due segmenti e ogni host intermedio funge da relay per i suoi host immediati.

Topologia ibrida

Una struttura di rete il cui progetto contiene più di una topologia si dice che sia topologia ibrida. La topologia ibrida eredita i pregi e i demeriti di tutte le topologie incorporanti.

L'immagine sopra rappresenta una topologia arbitrariamente ibrida. Le topologie combinate possono contenere attributi di topologie a stella, ad anello, bus e daisy-chain. La maggior parte delle WAN sono connesse tramite topologia Dual-Ring e le reti ad esse connesse sono principalmente reti con topologia a stella. Internet è il miglior esempio della più ampia topologia ibrida

L'ingegneria di rete è un'attività complicata, che coinvolge software, firmware, ingegneria a livello di chip, hardware e impulsi elettrici. Per facilitare l'ingegneria di rete, l'intero concetto di rete è suddiviso in più livelli. Ciascun livello è coinvolto in un'attività particolare ed è indipendente da tutti gli altri livelli. Ma nel complesso, quasi tutte le attività di rete dipendono da tutti questi livelli. I livelli condividono i dati tra di loro e dipendono l'uno dall'altro solo per ricevere input e inviare output.

Attività a più livelli

Nell'architettura a strati del modello di rete, un intero processo di rete è suddiviso in piccoli compiti. Ogni piccola attività viene quindi assegnata a un particolare livello che lavora in modo dedicato per elaborare solo l'attività. Ogni strato fa solo un lavoro specifico.

In un sistema di comunicazione a più livelli, uno strato di un host si occupa del compito svolto o che deve essere svolto dal suo livello pari allo stesso livello sull'host remoto. L'attività viene avviata dal livello al livello più basso o al livello più alto. Se l'attività viene avviata dal livello più in alto, viene passata al livello sottostante per un'ulteriore elaborazione. Il livello inferiore fa la stessa cosa, elabora l'attività e passa al livello inferiore. Se l'attività viene avviata dal livello più basso, viene preso il percorso inverso.

Ogni livello unisce tutte le procedure, i protocolli e i metodi necessari per eseguire il proprio compito. Tutti i livelli identificano le loro controparti mediante l'intestazione e la coda di incapsulamento.

Modello OSI

Open System Interconnect è uno standard aperto per tutti i sistemi di comunicazione. Il modello OSI è stabilito dalla International Standard Organization (ISO). Questo modello ha sette strati:

• Application Layer: Questo livello è responsabile della fornitura dell'interfaccia all'utente dell'applicazione. Questo livello comprende protocolli che interagiscono direttamente con l'utente.

• Presentation Layer: Questo livello definisce il modo in cui i dati nel formato nativo dell'host remoto devono essere presentati nel formato nativo dell'host.

• Session Layer: Questo livello mantiene le sessioni tra host remoti. Ad esempio, una volta completata l'autenticazione utente / password, l'host remoto mantiene questa sessione per un po 'e non richiede di nuovo l'autenticazione in quel periodo di tempo.

• Transport Layer: Questo livello è responsabile della consegna end-to-end tra host.

• Network Layer: Questo livello è responsabile dell'assegnazione degli indirizzi e dell'indirizzamento univoco agli host in una rete.

• Data Link Layer: Questo livello è responsabile della lettura e della scrittura dei dati da e sulla linea. Gli errori di collegamento vengono rilevati a questo livello.

• Physical Layer: Questo livello definisce l'hardware, il cablaggio, l'uscita di potenza, la frequenza degli impulsi, ecc.

Modello Internet

Internet utilizza la suite di protocolli TCP / IP, nota anche come suite Internet. Questo definisce il modello Internet che contiene quattro architetture a strati. Il modello OSI è un modello di comunicazione generale ma il modello Internet è ciò che Internet utilizza per tutte le sue comunicazioni. Internet è indipendente dalla sua architettura di rete sottostante, così come il suo modello. Questo modello ha i seguenti livelli:

• Application Layer: Questo livello definisce il protocollo che consente all'utente di interagire con la rete, ad esempio FTP, HTTP ecc.

• Transport Layer: Questo livello definisce la modalità di flusso dei dati tra gli host. Il protocollo principale a questo livello è il protocollo TCP (Transmission Control Protocol). Questo livello garantisce che i dati forniti tra gli host siano in ordine ed è responsabile della consegna end-to-end.

• Internet Layer: Il protocollo Internet (IP) funziona su questo livello. Questo livello facilita l'indirizzamento e il riconoscimento dell'host. Questo livello definisce il routing.

• Link Layer: Questo livello fornisce il meccanismo di invio e ricezione dei dati effettivi. A differenza della controparte del modello OSI, questo livello è indipendente dall'architettura e dall'hardware di rete sottostanti.

Durante i primi giorni di Internet, il suo utilizzo era limitato ai militari e alle università per scopi di ricerca e sviluppo. Successivamente, quando tutte le reti si sono fuse insieme e hanno formato Internet, i dati vengono utilizzati per viaggiare attraverso la rete di trasporto pubblico. documenti.

Tutte le minacce alla sicurezza sono intenzionali, ovvero si verificano solo se attivate intenzionalmente. Le minacce alla sicurezza possono essere suddivise nelle seguenti categorie:

• Interruption

  L'interruzione è una minaccia alla sicurezza in cui viene attaccata la disponibilità delle risorse. Ad esempio, un utente non è in grado di accedere al proprio server web o il server web viene dirottato.

• Privacy-Breach

  In questa minaccia, la privacy di un utente è compromessa. Qualcuno, che non è la persona autorizzata, sta accedendo o intercettando i dati inviati o ricevuti dall'utente autenticato originale.

• Integrity

  Questo tipo di minaccia include qualsiasi alterazione o modifica nel contesto originale della comunicazione. L'aggressore intercetta e riceve i dati inviati dal mittente e l'aggressore quindi modifica o genera dati falsi e li invia al destinatario. Il destinatario riceve i dati presupponendo che siano stati inviati dal mittente originale.

• Authenticity

  Questa minaccia si verifica quando un utente malintenzionato o un violatore della sicurezza si atteggia a persona autentica e accede alle risorse o comunica con altri utenti autentici.

Nessuna tecnica nel mondo attuale può fornire la sicurezza al 100%. Ma è possibile adottare misure per proteggere i dati mentre viaggiano su reti o Internet non protetti. La tecnica più utilizzata è la crittografia.

La crittografia è una tecnica per crittografare i dati in testo normale che ne rende difficile la comprensione e l'interpretazione. Al giorno d'oggi sono disponibili diversi algoritmi crittografici come descritto di seguito:

• Chiave segreta

• Chiave pubblica

• Message Digest

Crittografia della chiave segreta

Sia il mittente che il destinatario hanno una chiave segreta. Questa chiave segreta viene utilizzata per crittografare i dati al mittente. Dopo che i dati sono stati crittografati, vengono inviati al destinatario nel dominio pubblico. Poiché il destinatario conosce e possiede la chiave segreta, i pacchetti di dati crittografati possono essere facilmente decrittografati.

Un esempio di crittografia con chiave segreta è Data Encryption Standard (DES). Nella crittografia a chiave segreta, è necessario disporre di una chiave separata per ogni host sulla rete, rendendo difficile la gestione.

Crittografia a chiave pubblica

In questo sistema di crittografia, ogni utente ha la propria chiave segreta e non è nel dominio condiviso. La chiave segreta non viene mai rivelata nel pubblico dominio. Insieme alla chiave segreta, ogni utente ha la sua chiave pubblica. La chiave pubblica è sempre resa pubblica e viene utilizzata dai mittenti per crittografare i dati. Quando l'utente riceve i dati crittografati, può facilmente decrittografarli utilizzando la propria chiave segreta.

Un esempio di crittografia a chiave pubblica è Rivest-Shamir-Adleman (RSA).

Message Digest

In questo metodo, i dati effettivi non vengono inviati, ma viene calcolato e inviato un valore hash. L'altro utente finale, calcola il proprio valore hash e lo confronta con quello appena ricevuto.Se entrambi i valori hash corrispondono, viene accettato altrimenti rifiutato.

Esempio di Message Digest è l'hashing MD5. Viene utilizzato principalmente nell'autenticazione in cui la password dell'utente viene confrontata con quella salvata sul server.

Il livello fisico nel modello OSI svolge il ruolo di interagire con l'hardware effettivo e il meccanismo di segnalazione. Il livello fisico è l'unico livello del modello di rete OSI che si occupa effettivamente della connettività fisica di due diverse stazioni. Questo livello definisce l'attrezzatura hardware, il cablaggio, il cablaggio, le frequenze, gli impulsi utilizzati per rappresentare i segnali binari ecc.

Il livello fisico fornisce i suoi servizi al livello di collegamento dati. Il livello di collegamento dati passa i frame al livello fisico. Il livello fisico li converte in impulsi elettrici, che rappresentano dati binari. I dati binari vengono quindi inviati tramite il supporto cablato o wireless.

Segnali

Quando i dati vengono inviati su un supporto fisico, devono essere prima convertiti in segnali elettromagnetici. I dati stessi possono essere analogici come la voce umana o digitali come i file sul disco. Sia i dati analogici che quelli digitali possono essere rappresentati in segnali digitali o analogici.

• Digital Signals

  I segnali digitali sono di natura discreta e rappresentano la sequenza di impulsi di tensione. I segnali digitali vengono utilizzati all'interno dei circuiti di un sistema informatico.

• Analog Signals

  I segnali analogici sono in forma d'onda continua in natura e rappresentati da onde elettromagnetiche continue.

Compromissione della trasmissione

Quando i segnali viaggiano attraverso il mezzo tendono a deteriorarsi. Ciò può avere molte ragioni come indicato:

• Attenuation

  Affinché il ricevitore interpreti i dati in modo accurato, il segnale deve essere sufficientemente forte. Quando il segnale passa attraverso il mezzo, tende a indebolirsi e poiché copre la distanza, perde forza.

• Dispersion

  Quando il segnale viaggia attraverso i media, tende a diffondersi e a sovrapporsi. La quantità di dispersione dipende dalla frequenza utilizzata.

• Delay distortion

  I segnali vengono inviati sui media con velocità e frequenza predefinite. Se la velocità e la frequenza del segnale non corrispondono, è possibile che il segnale raggiunga la destinazione in modo arbitrario. Nei media digitali, è molto importante che alcuni bit raggiungano prima di quelli inviati in precedenza.

• Noise

  Si dice che il disturbo casuale o la fluttuazione nel segnale analogico o digitale sia rumore nel segnale, che può distorcere le informazioni effettive trasportate. Il rumore può essere caratterizzato in una delle seguenti classi:

  • Thermal Noise

    Il calore agita i conduttori elettronici di un mezzo che può introdurre rumore nel mezzo. Fino a un certo livello il rumore termico è inevitabile.

  • Intermodulation

    Quando più frequenze condividono un mezzo, la loro interferenza può causare rumore nel mezzo. Il rumore di intermodulazione si verifica se due frequenze diverse condividono un mezzo e una di esse ha una forza eccessiva o il componente stesso non funziona correttamente, quindi la frequenza risultante potrebbe non essere fornita come previsto.

  • Crosstalk

    Questo tipo di rumore si verifica quando un segnale estraneo entra nei media. Questo perché il segnale in un mezzo influenza il segnale del secondo mezzo.

  • Impulse

    Questo rumore viene introdotto a causa di disturbi irregolari come fulmini, elettricità, cortocircuito o componenti difettosi. I dati digitali sono principalmente influenzati da questo tipo di rumore.

Mezzi di trasmissione

Il supporto su cui vengono inviate le informazioni tra due sistemi informatici, chiamato supporto di trasmissione. I supporti di trasmissione sono disponibili in due forme.

• Guided Media

  Tutti i fili / cavi di comunicazione sono supporti guidati, come UTP, cavi coassiali e fibre ottiche. In questo supporto, il mittente e il destinatario sono collegati direttamente e le informazioni vengono inviate (guidate) attraverso di esso.

• Unguided Media

  Si dice che lo spazio wireless o all'aperto sia un supporto non guidato, perché non c'è connettività tra il mittente e il destinatario. Le informazioni vengono diffuse via etere e chiunque, compreso il destinatario effettivo, può raccogliere le informazioni.

Capacità del canale

Si dice che la velocità di trasmissione delle informazioni sia la capacità del canale. Lo consideriamo come velocità dati nel mondo digitale. Dipende da numerosi fattori come:

• Bandwidth:  La limitazione fisica dei supporti sottostanti.

• Error-rate:  Ricezione errata delle informazioni a causa del rumore.

• Encoding:  Il numero di livelli utilizzati per la segnalazione.

Multiplexing

Il multiplexing è una tecnica per combinare e inviare più flussi di dati su un unico supporto. Questa tecnica richiede hardware di sistema chiamato multiplexer (MUX) per multiplexare i flussi e inviarli su un supporto, e de-multiplexer (DMUX) che prende le informazioni dal supporto e le distribuisce a diverse destinazioni.

Commutazione

La commutazione è un meccanismo mediante il quale dati / informazioni inviati dalla sorgente verso la destinazione che non sono direttamente collegati. Le reti hanno dispositivi di interconnessione, che riceve i dati da sorgenti connesse direttamente, memorizza i dati, li analizza e quindi li inoltra al successivo dispositivo di interconnessione più vicino alla destinazione.

La commutazione può essere classificata come:

I dati o le informazioni possono essere memorizzati in due modi, analogico e digitale. Affinché un computer possa utilizzare i dati, deve essere in forma digitale discreta. Analogamente ai dati, i segnali possono anche essere in forma analogica e digitale. Per trasmettere i dati digitalmente, è necessario prima convertirli in formato digitale.

Conversione da digitale a digitale

Questa sezione spiega come convertire i dati digitali in segnali digitali. Può essere fatto in due modi, codifica di linea e codifica a blocchi. Per tutte le comunicazioni è necessaria la codifica di linea mentre la codifica a blocchi è opzionale.

Codifica di linea

Si dice che il processo per convertire i dati digitali in segnale digitale sia Line Coding. I dati digitali si trovano in formato binario e sono rappresentati (memorizzati) internamente come serie di 1 e 0.

Il segnale digitale è indicato da un segnale discreto, che rappresenta i dati digitali. Sono disponibili tre tipi di schemi di codifica di linea:

Codifica unipolare

Gli schemi di codifica unipolare utilizzano un livello di tensione singolo per rappresentare i dati. In questo caso, per rappresentare 1 binario, viene trasmessa alta tensione e per rappresentare 0, non viene trasmessa alcuna tensione. È anche chiamato unipolare-non-ritorno a zero, perché non esiste una condizione di riposo, ovvero rappresenta 1 o 0.

Codifica polare

Lo schema di codifica polare utilizza più livelli di tensione per rappresentare i valori binari. Le codifiche polari sono disponibili in quattro tipi:

• Polar Non ritorno a zero (Polar NRZ)

  Utilizza due diversi livelli di tensione per rappresentare i valori binari. Generalmente, la tensione positiva rappresenta 1 e il valore negativo rappresenta 0. È anche NRZ perché non esiste una condizione di riposo.

  Lo schema NRZ ha due varianti: NRZ-L e NRZ-I.

  

  NRZ-L cambia il livello di tensione quando si incontra un bit diverso mentre NRZ-I cambia la tensione quando si incontra un 1.

• Ritorno a zero (RZ)

  Il problema con NRZ è che il ricevitore non può concludere quando un bit è terminato e quando viene avviato il bit successivo, nel caso in cui l'orologio del mittente e del destinatario non siano sincronizzati.

  

  RZ utilizza tre livelli di tensione, la tensione positiva per rappresentare 1, la tensione negativa per rappresentare 0 e la tensione zero per nessuno. I segnali cambiano durante i bit non tra i bit.

• Manchester

  Questo schema di codifica è una combinazione di RZ e NRZ-L. Il tempo bit è diviso in due metà. Transita nel mezzo del bit e cambia fase quando si incontra un bit diverso.

• Manchester differenziale

  Questo schema di codifica è una combinazione di RZ e NRZ-I. Transita anche a metà bit ma cambia fase solo quando si incontra 1.

Codifica bipolare

La codifica bipolare utilizza tre livelli di tensione, positivo, negativo e zero. La tensione zero rappresenta lo 0 binario e il bit 1 è rappresentato dall'alterazione delle tensioni positive e negative.

Codifica a blocchi

Per garantire l'accuratezza del frame di dati ricevuto vengono utilizzati bit ridondanti. Ad esempio, in parità pari, viene aggiunto un bit di parità per rendere uniforme il conteggio di 1 nel frame. In questo modo viene aumentato il numero originale di bit. Si chiama Block Coding.

La codifica a blocchi è rappresentata dalla notazione barra, mB / nB. Significa che il blocco m-bit è sostituito con il blocco n-bit dove n> m. La codifica a blocchi prevede tre passaggi:

• Division,
• Substitution
• Combination.

Una volta completata la codifica a blocchi, viene codificata in linea per la trasmissione.

Conversione da analogico a digitale

I microfoni creano la voce analogica e la telecamera crea video analogici, che vengono trattati come dati analogici. Per trasmettere questi dati analogici su segnali digitali, abbiamo bisogno della conversione da analogico a digitale.

I dati analogici sono un flusso continuo di dati in forma d'onda mentre i dati digitali sono discreti. Per convertire le onde analogiche in dati digitali, utilizziamo la Pulse Code Modulation (PCM).

Il PCM è uno dei metodi più comunemente utilizzati per convertire i dati analogici in formato digitale. Comprende tre passaggi:

• Sampling
• Quantization
• Encoding.

Campionamento

Il segnale analogico viene campionato ogni intervallo T. Il fattore più importante nel campionamento è la velocità con cui viene campionato il segnale analogico. Secondo il teorema di Nyquist, la frequenza di campionamento deve essere almeno due volte la frequenza più alta del segnale.

Quantizzazione

Il campionamento produce una forma discreta di segnale analogico continuo. Ogni pattern discreto mostra l'ampiezza del segnale analogico in quel momento. La quantizzazione viene eseguita tra il valore di ampiezza massima e il valore di ampiezza minimo. La quantizzazione è un'approssimazione del valore analogico istantaneo.

Codifica

Nella codifica, ogni valore approssimato viene quindi convertito in formato binario.

Modalità di trasmissione

La modalità di trasmissione decide come i dati vengono trasmessi tra due computer. I dati binari sotto forma di 1 e 0 possono essere inviati in due diverse modalità: Parallela e Seriale.

Trasmissione parallela

I bit binari sono organizzati in gruppi di lunghezza fissa. Sia il mittente che il destinatario sono collegati in parallelo con lo stesso numero di linee dati. Entrambi i computer distinguono tra linee dati di ordine elevato e di ordine inferiore. Il mittente invia tutti i bit contemporaneamente su tutte le linee. Poiché le linee dati sono uguali al numero di bit in un gruppo o frame di dati, viene inviato un gruppo completo di bit (frame di dati) in una volta sola. Il vantaggio della trasmissione parallela è l'alta velocità e lo svantaggio è il costo dei cavi, poiché è uguale al numero di bit inviati in parallelo.

Trasmissione seriale

Nella trasmissione seriale, i bit vengono inviati uno dopo l'altro in coda. La trasmissione seriale richiede un solo canale di comunicazione.

La trasmissione seriale può essere asincrona o sincrona.

Trasmissione seriale asincrona

Si chiama così perché non ha importanza il tempismo. I bit di dati hanno un modello specifico e aiutano il ricevitore a riconoscere i bit di dati di inizio e fine. Ad esempio, uno 0 è prefisso su ogni byte di dati e uno o più 1 vengono aggiunti alla fine.

Due frame di dati continui (byte) possono avere uno spazio tra di loro.

Trasmissione seriale sincrona

La temporizzazione nella trasmissione sincrona è importante in quanto non viene seguito alcun meccanismo per riconoscere i bit di dati di inizio e fine. Non esiste un metodo di pattern o prefisso / suffisso. I bit di dati vengono inviati in modalità burst senza mantenere lo spazio tra i byte (8 bit). Un singolo burst di bit di dati può contenere un numero di byte. Pertanto, il tempismo diventa molto importante.

Spetta al ricevitore riconoscere e separare i bit in byte. Il vantaggio della trasmissione sincrona è l'alta velocità e non ha alcun sovraccarico di bit di intestazione e piè di pagina aggiuntivi come nella trasmissione asincrona.

Per inviare i dati digitali su un supporto analogico, è necessario convertirli in segnale analogico. Ci possono essere due casi in base alla formattazione dei dati.

Bandpass:I filtri vengono utilizzati per filtrare e far passare le frequenze di interesse. Un passa banda è una banda di frequenze che può passare il filtro.

Low-pass: Il passa-basso è un filtro che trasmette i segnali delle basse frequenze.

Quando i dati digitali vengono convertiti in un segnale analogico passa banda, si parla di conversione da digitale ad analogico. Quando il segnale analogico passa basso viene convertito in segnale analogico passa banda, si parla di conversione da analogico ad analogico.

Conversione da digitale ad analogico

Quando i dati da un computer vengono inviati a un altro tramite una portante analogica, vengono prima convertiti in segnali analogici. I segnali analogici vengono modificati per riflettere i dati digitali.

Un segnale analogico è caratterizzato dalla sua ampiezza, frequenza e fase. Esistono tre tipi di conversioni da digitale ad analogico:

• Amplitude Shift Keying

  In questa tecnica di conversione, l'ampiezza del segnale portante analogico viene modificata per riflettere i dati binari.

  

  Quando i dati binari rappresentano la cifra 1, l'ampiezza viene mantenuta; altrimenti è impostato a 0. Sia la frequenza che la fase rimangono le stesse del segnale portante originale.

• Frequency Shift Keying

  In questa tecnica di conversione, la frequenza del segnale portante analogico viene modificata per riflettere i dati binari.

  

  Questa tecnica utilizza due frequenze, f1 e f2. Uno di essi, ad esempio f1, viene scelto per rappresentare la cifra binaria 1 e l'altro viene utilizzato per rappresentare la cifra binaria 0. Sia l'ampiezza che la fase dell'onda portante vengono mantenute intatte.

• Phase Shift Keying

  In questo schema di conversione, la fase del segnale portante originale viene alterata per riflettere i dati binari.

  

  Quando si incontra un nuovo simbolo binario, la fase del segnale viene alterata. L'ampiezza e la frequenza del segnale portante originale vengono mantenute intatte.

• Quadrature Phase Shift Keying

  QPSK altera la fase per riflettere due cifre binarie contemporaneamente. Ciò avviene in due fasi differenti. Il flusso principale di dati binari è diviso equamente in due flussi secondari. I dati seriali vengono convertiti in parallelo in entrambi i flussi secondari e quindi ogni flusso viene convertito in segnale digitale utilizzando la tecnica NRZ. Successivamente, entrambi i segnali digitali vengono uniti insieme.

Conversione da analogico ad analogico

I segnali analogici vengono modificati per rappresentare dati analogici. Questa conversione è nota anche come modulazione analogica. La modulazione analogica è necessaria quando si utilizza il passa banda. La conversione da analogico ad analogico può essere eseguita in tre modi:

• Amplitude Modulation

  In questa modulazione, l'ampiezza del segnale portante viene modificata per riflettere i dati analogici.

  

  La modulazione dell'ampiezza è implementata mediante un moltiplicatore. L'ampiezza del segnale modulante (dati analogici) viene moltiplicata per l'ampiezza della frequenza portante, che quindi riflette i dati analogici.

  La frequenza e la fase del segnale portante rimangono invariate.

• Frequency Modulation

  In questa tecnica di modulazione, la frequenza del segnale portante viene modificata per riflettere la variazione dei livelli di tensione del segnale modulante (dati analogici).

  

  L'ampiezza e la fase del segnale portante non vengono alterate.

• Phase Modulation

  Nella tecnica di modulazione, la fase del segnale portante viene modulata in modo da riflettere la variazione di tensione (ampiezza) del segnale dati analogico.

  

  La modulazione di fase è praticamente simile alla modulazione di frequenza, ma nella modulazione di fase la frequenza del segnale portante non viene aumentata. La frequenza della portante è il segnale viene modificato (reso denso e sparse) per riflettere il cambiamento di tensione nell'ampiezza del segnale di modulazione.

Il supporto di trasmissione non è altro che il supporto fisico su cui avviene la comunicazione nelle reti di computer.

Supporti magnetici

Uno dei modi più convenienti per trasferire dati da un computer a un altro, anche prima della nascita del networking, era salvarli su alcuni supporti di memorizzazione e trasferirli fisicamente da una stazione all'altra. Sebbene possa sembrare un modo antiquato nel mondo odierno di Internet ad alta velocità, ma quando la dimensione dei dati è enorme, il supporto magnetico entra in gioco.

Ad esempio, una banca deve gestire e trasferire enormi dati del proprio cliente, che ne archivia un backup in un luogo geograficamente lontano per motivi di sicurezza e per proteggerlo da calamità incerte. Se la banca ha bisogno di memorizzare i suoi enormi dati di backup, allora il suo trasferimento tramite Internet non è fattibile. I collegamenti WAN potrebbero non supportare una velocità così elevata. Anche se lo fanno; il costo è troppo alto per permetterselo.

In questi casi, il backup dei dati viene archiviato su nastri magnetici o dischi magnetici e quindi spostato fisicamente in luoghi remoti.

Cavo a doppino intrecciato

Un cavo a doppino intrecciato è costituito da due fili di rame isolati in plastica intrecciati insieme per formare un unico supporto. Di questi due fili, solo uno trasporta il segnale effettivo e un altro viene utilizzato per il riferimento di massa. Le torsioni tra i fili sono utili per ridurre il rumore (interferenza elettromagnetica) e la diafonia.

Esistono due tipi di cavi a doppino intrecciato:

• Cavo schermato a doppino intrecciato (STP)

• Cavo a doppino intrecciato non schermato (UTP)

I cavi STP vengono forniti con una coppia di fili intrecciati ricoperta da un foglio di metallo. Questo lo rende più indifferente al rumore e al crosstalk.

UTP ha sette categorie, ciascuna adatta a un uso specifico. Nelle reti di computer vengono utilizzati principalmente cavi Cat-5, Cat-5e e Cat-6. I cavi UTP sono collegati tramite connettori RJ45.

Cavo coassiale

Il cavo coassiale ha due fili di rame. Il filo conduttore si trova al centro ed è costituito da un conduttore solido, il nucleo è racchiuso in una guaina isolante, il secondo filo è avvolto attorno alla guaina e anche questo a sua volta è rivestito da guaina isolante, il tutto coperto da una copertura in plastica .

A causa della sua struttura, il cavo coassiale è in grado di trasportare segnali ad alta frequenza rispetto a quello del cavo a doppino intrecciato. La struttura avvolta gli fornisce una buona schermatura contro il rumore e la diafonia. I cavi coassiali forniscono velocità di larghezza di banda elevate fino a 450 mbps.

Esistono tre categorie di cavi coassiali, ovvero RG-59 (TV via cavo), RG-58 (Thin Ethernet) e RG-11 (Thick Ethernet). RG sta per Radio Government.

I cavi sono collegati utilizzando il connettore BNC e BNC-T. Il terminatore BNC viene utilizzato per terminare il filo alle estremità lontane.

Linee elettriche

La comunicazione Power Line (PLC) è la tecnologia Layer-1 (Physical Layer) che utilizza cavi di alimentazione per trasmettere segnali di dati. Nel PLC, i dati modulati vengono inviati sui cavi. Il ricevitore dall'altra parte de-modula e interpreta i dati.

Poiché le linee elettriche sono ampiamente diffuse, il PLC può controllare e monitorare tutti i dispositivi alimentati. Il PLC funziona in half-duplex.

Esistono due tipi di PLC:

• PLC banda stretta

• PLC a banda larga

Il PLC a banda stretta fornisce velocità di trasmissione dati inferiori fino a 100 kbps, poiché funzionano a frequenze inferiori (3-5000 kHz) e possono essere distribuite su diversi chilometri.

Il PLC a banda larga fornisce velocità dati più elevate fino a 100 Mbps e funziona a frequenze più alte (1,8 - 250 MHz). Non possono essere estese tanto quanto il PLC a banda stretta.

Fibra ottica

La fibra ottica lavora sulle proprietà della luce. Quando il raggio di luce colpisce con un angolo critico tende a rifrangere a 90 gradi. Questa proprietà è stata utilizzata in fibra ottica. Il nucleo del cavo in fibra ottica è realizzato in vetro o plastica di alta qualità. Da un'estremità viene emessa la luce, la attraversa e dall'altra il rilevatore di luce rileva il flusso luminoso e lo converte in dati elettrici.

La fibra ottica fornisce la più alta modalità di velocità. È disponibile in due modalità, una in fibra monomodale e la seconda in fibra multimodale. La fibra monomodale può trasportare un singolo raggio di luce mentre il multimodale è in grado di trasportare più fasci di luce.

La fibra ottica è disponibile anche con funzionalità unidirezionali e bidirezionali. Per collegare e accedere alla fibra ottica vengono utilizzati connettori di tipo speciale. Questi possono essere Subscriber Channel (SC), Straight Tip (ST) o MT-RJ.

La trasmissione wireless è una forma di supporto non guidato. La comunicazione wireless non implica alcun collegamento fisico stabilito tra due o più dispositivi, che comunicano in modalità wireless. I segnali wireless vengono diffusi nell'aria e vengono ricevuti e interpretati da antenne appropriate.

Quando un'antenna è collegata al circuito elettrico di un computer o di un dispositivo wireless, converte i dati digitali in segnali wireless e si diffonde in tutto il suo intervallo di frequenza. Il recettore all'altra estremità riceve questi segnali e li converte di nuovo in dati digitali.

Una piccola parte dello spettro elettromagnetico può essere utilizzata per la trasmissione wireless.

Trasmissione radio

La radiofrequenza è più facile da generare e grazie alla sua grande lunghezza d'onda può penetrare attraverso pareti e strutture allo stesso modo Le onde radio possono avere una lunghezza d'onda da 1 mm a 100.000 km e avere una frequenza che va da 3 Hz (Frequenza estremamente bassa) a 300 GHz (Estremamente alta Frequenza). Le frequenze radio sono suddivise in sei bande.

Le onde radio a frequenze più basse possono viaggiare attraverso i muri, mentre RF più elevate possono viaggiare in linea retta e rimbalzare indietro. La potenza delle onde a bassa frequenza diminuisce bruscamente mentre coprono lunghe distanze. Le onde radio ad alta frequenza hanno più potenza.

Le frequenze più basse come le bande VLF, LF, MF possono viaggiare sul terreno fino a 1000 chilometri, sulla superficie terrestre.

Le onde radio ad alta frequenza tendono ad essere assorbite dalla pioggia e da altri ostacoli. Usano la ionosfera dell'atmosfera terrestre. Le onde radio ad alta frequenza come le bande HF e VHF vengono diffuse verso l'alto. Quando raggiungono la ionosfera, vengono rifratti sulla terra.

Trasmissione a microonde

Le onde elettromagnetiche superiori a 100 MHz tendono a viaggiare in linea retta e i segnali su di esse possono essere inviati irradiando quelle onde verso una particolare stazione. Poiché le microonde viaggiano in linea retta, sia il mittente che il ricevitore devono essere allineati per essere rigorosamente in linea di vista.

Le microonde possono avere una lunghezza d'onda compresa tra 1 mm e 1 metro e una frequenza compresa tra 300 MHz e 300 GHz.

Le antenne a microonde concentrano le onde facendone un raggio. Come mostrato nell'immagine sopra, è possibile allineare più antenne per raggiungere più lontano. Le microonde hanno frequenze più alte e non penetrano nei muri come ostacoli.

La trasmissione a microonde dipende molto dalle condizioni meteorologiche e dalla frequenza utilizzata.

Trasmissione a infrarossi

L'onda infrarossa si trova tra lo spettro della luce visibile e le microonde. Ha una lunghezza d'onda da 700 nm a 1 mm e intervalli di frequenza da 300 GHz a 430 THz.

L'onda a infrarossi viene utilizzata per scopi di comunicazione a brevissimo raggio come la televisione e il telecomando. L'infrarosso viaggia in linea retta, quindi è direzionale per natura. A causa della gamma ad alta frequenza, gli infrarossi non possono attraversare ostacoli simili a pareti.

Trasmissione di luce

Il più alto spettro elettromagnetico che può essere utilizzato per la trasmissione dei dati è la segnalazione luminosa o ottica. Ciò si ottiene mediante LASER.

A causa degli usi della luce di frequenza, tende a viaggiare rigorosamente in linea retta, quindi il mittente e il ricevitore devono essere nella linea di vista. Poiché la trasmissione laser è unidirezionale, ad entrambe le estremità della comunicazione è necessario installare il laser e il fotorilevatore. Il raggio laser è generalmente largo 1 mm, quindi è un lavoro di precisione allineare due recettori lontani ciascuno che punta alla sorgente laser.

Il laser funziona come Tx (trasmettitore) e i fotorilevatori funzionano come Rx (ricevitore).

I laser non possono penetrare ostacoli come muri, pioggia e nebbia fitta. Inoltre, il raggio laser viene distorto dal vento, dalla temperatura dell'atmosfera o dalla variazione di temperatura nel percorso.

Il laser è sicuro per la trasmissione dei dati poiché è molto difficile toccare il laser largo 1 mm senza interrompere il canale di comunicazione.

Il multiplexing è una tecnica mediante la quale diversi flussi di trasmissione analogici e digitali possono essere elaborati simultaneamente su un collegamento condiviso. Il multiplexing divide il supporto ad alta capacità in un supporto logico a bassa capacità che viene quindi condiviso da diversi flussi.

La comunicazione è possibile via etere (radiofrequenza), utilizzando un supporto fisico (cavo) e la luce (fibra ottica). Tutti i mezzi sono in grado di eseguire il multiplexing.

Quando più mittenti tentano di inviare su un unico supporto, un dispositivo chiamato Multiplexer divide il canale fisico e ne assegna uno a ciascuno. All'altra estremità della comunicazione, un de-multiplexer riceve i dati da un singolo supporto, li identifica e li invia a diversi ricevitori.

Multiplexing a divisione di frequenza

Quando la portante è la frequenza, viene utilizzato FDM. FDM è una tecnologia analogica. FDM divide lo spettro o la larghezza di banda della portante in canali logici e assegna un utente a ciascun canale. Ogni utente può utilizzare la frequenza del canale in modo indipendente e ha accesso esclusivo ad essa. Tutti i canali sono divisi in modo tale da non sovrapporsi tra loro. I canali sono separati da bande di guardia. La banda di guardia è una frequenza che non viene utilizzata da nessuno dei due canali.

Multiplexing a divisione di tempo

Il TDM viene applicato principalmente ai segnali digitali ma può essere applicato anche ai segnali analogici. In TDM il canale condiviso è suddiviso tra i suoi utenti mediante time slot. Ogni utente può trasmettere dati solo entro la fascia oraria fornita. I segnali digitali sono suddivisi in frame, equivalenti a time slot, cioè frame di dimensioni ottimali che possono essere trasmessi in un determinato time slot.

TDM funziona in modalità sincronizzata. Entrambe le estremità, ovvero Multiplexer e De-multiplexer, sono sincronizzate tempestivamente ed entrambe passano simultaneamente al canale successivo.

Quando il canale A trasmette il suo frame a un'estremità, il De-multiplexer fornisce i media al canale A sull'altra estremità. Non appena la finestra temporale del canale A scade, questo lato passa al canale B. Dall'altra parte, il De-multiplexer funziona in modo sincronizzato e fornisce media al canale B. I segnali provenienti da canali diversi percorrono il percorso in modo interlacciato.

Multiplexing a divisione di lunghezza d'onda

La luce ha una lunghezza d'onda (colori) diversa. In modalità fibra ottica, più segnali portanti ottici vengono multiplexati in una fibra ottica utilizzando diverse lunghezze d'onda. Questa è una tecnica di multiplexing analogico e viene eseguita concettualmente allo stesso modo dell'FDM ma utilizza la luce come segnale.

Inoltre, su ciascuna lunghezza d'onda è possibile incorporare il multiplexing a divisione di tempo per accogliere più segnali di dati.

Multiplexing a divisione di codice

È possibile trasmettere più segnali di dati su una singola frequenza utilizzando il multiplexing a divisione di codice. FDM divide la frequenza in canali più piccoli ma CDM consente ai suoi utenti di utilizzare la larghezza di banda completa e trasmettere segnali tutto il tempo utilizzando un codice univoco. CDM utilizza codici ortogonali per diffondere i segnali.

Ad ogni stazione viene assegnato un codice univoco, chiamato chip. I segnali viaggiano con questi codici indipendentemente, all'interno dell'intera larghezza di banda. Il ricevitore conosce in anticipo il segnale del codice del chip che deve ricevere.

Lo switch è un processo per inoltrare i pacchetti in arrivo da una porta a una porta che conduce verso la destinazione. Quando i dati arrivano su una porta vengono chiamati ingresso e quando i dati lasciano una porta o escono vengono chiamati egress. Un sistema di comunicazione può includere un numero di interruttori e nodi. A livello generale, il passaggio può essere suddiviso in due categorie principali:

• Connectionless: I dati vengono inoltrati per conto delle tabelle di inoltro. Non è richiesto alcun handshake precedente e i riconoscimenti sono facoltativi.

• Connection Oriented:  Prima di cambiare i dati da inoltrare alla destinazione, è necessario pre-stabilire un circuito lungo il percorso tra entrambi gli endpoint. I dati vengono quindi inoltrati su quel circuito. Una volta completato il trasferimento, i circuiti possono essere conservati per un uso futuro o possono essere disattivati ​​immediatamente.

Commutazione del circuito

Quando due nodi comunicano tra loro su un percorso di comunicazione dedicato, si parla di commutazione di circuito. C'è bisogno di un percorso prestabilito da cui i dati viaggeranno e non sono consentiti altri dati. Nella commutazione di circuito, per trasferire i dati, in modo che il trasferimento dei dati possa aver luogo.

I circuiti possono essere permanenti o temporanei. Le applicazioni che utilizzano la commutazione di circuito potrebbero dover passare attraverso tre fasi:

• Stabilisci un circuito

• Trasferisci i dati

• Scollegare il circuito

La commutazione di circuito è stata progettata per applicazioni vocali. Il telefono è il miglior esempio adatto di commutazione di circuito. Prima che un utente possa effettuare una chiamata, viene stabilito un percorso virtuale tra il chiamante e il chiamato sulla rete.

Commutazione dei messaggi

Questa tecnica era da qualche parte nel mezzo della commutazione di circuito e della commutazione di pacchetto. Nella commutazione del messaggio, l'intero messaggio viene trattato come un'unità di dati e viene commutato / trasferito nella sua interezza.

Uno switch che lavora sulla commutazione del messaggio, riceve prima l'intero messaggio e lo bufferizza fino a quando non sono disponibili risorse per trasferirlo all'hop successivo. Se l'hop successivo non dispone di risorse sufficienti per accogliere messaggi di grandi dimensioni, il messaggio viene archiviato e lo switch attende.

Questa tecnica è stata considerata sostitutiva della commutazione del circuito. Come nella commutazione di circuito, l'intero percorso è bloccato solo per due entità. La commutazione dei messaggi è sostituita dalla commutazione dei pacchetti. Il cambio di messaggio presenta i seguenti inconvenienti:

• Ogni switch nel percorso di transito richiede una memoria sufficiente per accogliere l'intero messaggio.

• A causa della tecnica di archiviazione e inoltro e delle attese incluse fino a quando le risorse non sono disponibili, la commutazione dei messaggi è molto lenta.

• Il cambio di messaggio non era una soluzione per lo streaming multimediale e le applicazioni in tempo reale.

Commutazione di pacchetto

Le carenze della commutazione dei messaggi hanno dato vita a un'idea di commutazione di pacchetto. L'intero messaggio è suddiviso in blocchi più piccoli chiamati pacchetti. Le informazioni di commutazione vengono aggiunte nell'intestazione di ogni pacchetto e trasmesse in modo indipendente.

È più facile per i dispositivi di rete intermedi memorizzare pacchetti di piccole dimensioni e non richiedono molte risorse né sul percorso del vettore né nella memoria interna degli switch.

La commutazione di pacchetto migliora l'efficienza della linea poiché i pacchetti provenienti da più applicazioni possono essere multiplexati sul vettore. Internet utilizza la tecnica di commutazione di pacchetto. La commutazione di pacchetto consente all'utente di differenziare i flussi di dati in base alle priorità. I pacchetti vengono archiviati e inoltrati in base alla loro priorità per fornire la qualità del servizio.

Data Link Layer è il secondo livello di OSI Layered Model. Questo livello è uno dei livelli più complicati e ha funzionalità e responsabilità complesse. Il livello di collegamento dati nasconde i dettagli dell'hardware sottostante e si rappresenta al livello superiore come mezzo per comunicare.

Il livello di collegamento dati funziona tra due host che sono collegati direttamente in un certo senso. Questa connessione diretta potrebbe essere punto a punto o trasmessa. Si dice che i sistemi sulla rete di trasmissione siano sullo stesso collegamento. Il lavoro del livello di collegamento dati tende a diventare più complesso quando si tratta di più host su un singolo dominio di collisione.

Il livello di collegamento dati è responsabile della conversione del flusso di dati in segnali bit per bit e di inviarli tramite l'hardware sottostante. All'estremità ricevente, il livello di collegamento dati raccoglie i dati dall'hardware che sono sotto forma di segnali elettrici, li assembla in un formato frame riconoscibile e passa al livello superiore.

Il livello di collegamento dati ha due livelli secondari:

• Logical Link Control: Si occupa di protocolli, controllo del flusso e controllo degli errori

• Media Access Control: Si occupa del controllo effettivo dei media

Funzionalità di Data-link Layer

Il livello di collegamento dati esegue molte attività per conto del livello superiore. Questi sono:

• Framing

  Il livello di collegamento dati prende i pacchetti dal livello di rete e li incapsula in frame, quindi invia ogni frame bit per bit sull'hardware. Alla fine del ricevitore, lo strato di collegamento dati raccoglie i segnali dall'hardware e li assembla in frame.

• Addressing

  Il livello di collegamento dati fornisce un meccanismo di indirizzamento hardware di livello 2. Si presume che l'indirizzo hardware sia univoco sul collegamento. È codificato nell'hardware al momento della produzione.

• Synchronization

  Quando i frame di dati vengono inviati sul collegamento, entrambe le macchine devono essere sincronizzate affinché il trasferimento abbia luogo.

• Error Control

  A volte i segnali possono aver riscontrato problemi durante la transizione e i bit vengono invertiti. Questi errori vengono rilevati e tentati di recuperare i bit di dati effettivi. Fornisce inoltre un meccanismo di segnalazione degli errori al mittente.

• Flow Control

  Le stazioni sullo stesso collegamento possono avere velocità o capacità diverse. Il livello di collegamento dati garantisce il controllo del flusso che consente a entrambe le macchine di scambiare dati alla stessa velocità.

• Multi-Access

  Quando l'host sul collegamento condiviso tenta di trasferire i dati, ha un'alta probabilità di collisione. Il livello di collegamento dati fornisce meccanismi come CSMA / CD per dotare la capacità di accedere a un supporto condiviso tra più sistemi.

Ci sono molte ragioni come rumore, diafonia ecc., Che possono aiutare i dati a essere danneggiati durante la trasmissione. I livelli superiori lavorano su una visione generalizzata dell'architettura di rete e non sono consapevoli dell'effettiva elaborazione dei dati hardware, quindi i livelli superiori si aspettano una trasmissione senza errori tra i sistemi. La maggior parte delle applicazioni non funzionerebbe in modo previsto se ricevono dati errati. Applicazioni come voce e video potrebbero non essere interessate e con alcuni errori potrebbero comunque funzionare bene.

Il livello di collegamento dati utilizza un meccanismo di controllo degli errori per garantire che i frame (flussi di bit di dati) vengano trasmessi con un certo livello di precisione. Ma per capire come vengono controllati gli errori, è essenziale sapere quali tipi di errori possono verificarsi.

Tipi di errori

Possono esserci tre tipi di errori:

• Single bit error

  

  In una cornice, c'è solo un bit, ovunque, che è danneggiato.

• Multiple bits error

  

  Il frame viene ricevuto con più di un bit in stato danneggiato.

• Burst error

  

  Il frame contiene più di 1 bit consecutivi danneggiati.

Il meccanismo di controllo degli errori può coinvolgere due possibili modi:

• Rilevamento degli errori

• Correzione dell'errore

Rilevamento degli errori

Gli errori nei frame ricevuti vengono rilevati tramite Parity Check e Cyclic Redundancy Check (CRC). In entrambi i casi, vengono inviati pochi bit extra insieme ai dati effettivi per confermare che i bit ricevuti all'altra estremità sono gli stessi di quelli inviati. Se il controllo del contatore alla fine del ricevitore fallisce, i bit sono considerati danneggiati.

Controllo di parità

Un bit aggiuntivo viene inviato insieme ai bit originali per ottenere il numero 1 pari in caso di parità pari o dispari in caso di parità dispari.

Il mittente durante la creazione di un frame conta il numero di 1 in esso. Ad esempio, se viene utilizzata la parità pari e il numero di 1 è pari, viene aggiunto un bit con valore 0. In questo modo il numero di 1 rimane pari. Se il numero di 1 è dispari, per renderlo pari viene aggiunto un bit con valore 1.

Il ricevitore conta semplicemente il numero di 1 in un frame. Se il conteggio di 1 è pari e viene utilizzata la parità pari, il frame viene considerato non danneggiato e viene accettato. Se il conteggio di 1 è dispari e viene utilizzata la parità dispari, il frame non è ancora danneggiato.

Se un singolo bit si ribalta durante il transito, il ricevitore può rilevarlo contando il numero di 1s. Ma quando più di un bit è errato, è molto difficile per il ricevitore rilevare l'errore.

Controllo di ridondanza ciclico (CRC)

CRC è un approccio diverso per rilevare se il frame ricevuto contiene dati validi. Questa tecnica prevede la divisione binaria dei bit di dati inviati. Il divisore viene generato utilizzando polinomi. Il mittente esegue un'operazione di divisione sui bit inviati e calcola il resto. Prima di inviare i bit effettivi, il mittente aggiunge il resto alla fine dei bit effettivi. I bit di dati effettivi più il resto sono chiamati parole in codice. Il mittente trasmette i bit di dati come parole in codice.

All'altra estremità, il ricevitore esegue un'operazione di divisione su parole in codice utilizzando lo stesso divisore CRC. Se il resto contiene tutti zeri, i bit di dati vengono accettati, altrimenti viene considerato poiché si è verificato un danneggiamento dei dati durante il transito.

Correzione dell'errore

Nel mondo digitale, la correzione degli errori può essere eseguita in due modi:

• Backward Error Correction  Quando il destinatario rileva un errore nei dati ricevuti, richiede al mittente di ritrasmettere l'unità di dati.

• Forward Error Correction  Quando il ricevitore rileva un errore nei dati ricevuti, esegue il codice di correzione degli errori, che lo aiuta a ripristinare automaticamente e correggere alcuni tipi di errori.

Il primo, Backward Error Correction, è semplice e può essere utilizzato in modo efficiente solo dove la ritrasmissione non è costosa. Ad esempio, fibra ottica. Ma in caso di trasmissione wireless la ritrasmissione potrebbe costare troppo. In quest'ultimo caso, viene utilizzata la correzione degli errori in avanti.

Per correggere l'errore nel frame di dati, il ricevitore deve sapere esattamente quale bit nel frame è danneggiato. Per individuare il bit in errore, i bit ridondanti vengono utilizzati come bit di parità per il rilevamento degli errori Ad esempio, prendiamo parole ASCII (dati a 7 bit), quindi potrebbero esserci 8 tipi di informazioni di cui abbiamo bisogno: i primi sette bit per dirci quale bit è un errore e un altro bit per dire che non c'è errore.

Per m bit di dati, vengono utilizzati r bit ridondanti. I bit r possono fornire 2r combinazioni di informazioni. Nel codeword m + r bit, esiste la possibilità che i bit r stessi vengano danneggiati. Quindi il numero di bit r utilizzati deve fornire informazioni sulle posizioni dei bit m + r più informazioni di non errore, ad esempio m + r + 1.

Il livello di collegamento dati è responsabile dell'implementazione del flusso punto a punto e del meccanismo di controllo degli errori.

Controllo del flusso

Quando un frame di dati (dati Layer-2) viene inviato da un host a un altro su un singolo supporto, è necessario che il mittente e il destinatario funzionino alla stessa velocità. Cioè, il mittente invia a una velocità alla quale il destinatario può elaborare e accettare i dati. Cosa succede se la velocità (hardware / software) del mittente o del destinatario è diversa? Se il mittente sta inviando troppo velocemente, il destinatario potrebbe essere sovraccarico (sommerso) e i dati potrebbero andare persi.

È possibile implementare due tipi di meccanismi per controllare il flusso:

• Stop and WaitQuesto meccanismo di controllo del flusso forza l'arresto del mittente dopo la trasmissione di un frame di dati e l'attesa fino a quando non viene ricevuto il riconoscimento del frame di dati inviato.

  

• Sliding Window

  In questo meccanismo di controllo del flusso, sia il mittente che il destinatario concordano sul numero di frame di dati dopo i quali deve essere inviato il riconoscimento. Come abbiamo appreso, il meccanismo di arresto e di attesa del flusso spreca risorse, questo protocollo cerca di utilizzare le risorse sottostanti il ​​più possibile.

Controllo degli errori

Quando il frame di dati viene trasmesso, c'è una probabilità che il frame di dati possa essere perso durante il transito o che venga ricevuto danneggiato. In entrambi i casi, il destinatario non riceve il data-frame corretto e il mittente non è a conoscenza di alcuna perdita, in tal caso sia il mittente che il destinatario sono dotati di alcuni protocolli che li aiutano a rilevare errori di transito come la perdita di dati. telaio. Quindi, o il mittente ritrasmette il frame di dati o il destinatario può richiedere di inviare nuovamente il frame di dati precedente.

Requisiti per il meccanismo di controllo degli errori:

• Error detection  - Il mittente e il destinatario, entrambi o uno qualsiasi, devono accertarsi che ci sia qualche errore nel transito.

• Positive ACK  - Quando il ricevitore riceve un frame corretto, dovrebbe riconoscerlo.

• Negative ACK  - Quando il destinatario riceve un frame danneggiato o un frame duplicato, invia un NACK al mittente e il mittente deve ritrasmettere il frame corretto.

• Retransmission:  Il mittente mantiene un orologio e imposta un periodo di timeout. Se un riconoscimento di un frame di dati trasmesso in precedenza non arriva prima del timeout il mittente ritrasmette il frame, pensando che il frame o il suo riconoscimento siano persi durante il transito.

Sono disponibili tre tipi di tecniche che il livello di collegamento dati può implementare per controllare gli errori tramite le richieste di ripetizione automatica (ARQ):

• Fermati e attendi ARQ

  

  La seguente transizione può verificarsi in Stop-and-Wait ARQ:

  • Il mittente mantiene un contatore del timeout.
  • Quando viene inviato un frame, il mittente avvia il contatore del timeout.
  • Se il riconoscimento del frame arriva in tempo, il mittente trasmette il frame successivo in coda.
  • Se il riconoscimento non arriva in tempo, il mittente presume che il frame o il suo riconoscimento siano persi durante il transito. Il mittente ritrasmette il frame e avvia il contatore del timeout.
  • Se viene ricevuto un riconoscimento negativo, il mittente ritrasmette il frame.

• Go-Back-N ARQ

  Stop and wait Il meccanismo ARQ non utilizza al meglio le risorse. Quando viene ricevuto il riconoscimento, il mittente rimane inattivo e non fa nulla. Nel metodo Go-Back-N ARQ, sia il mittente che il destinatario mantengono una finestra.

  

  La dimensione della finestra di invio consente al mittente di inviare più frame senza ricevere il riconoscimento di quelli precedenti. La finestra di ricezione consente al ricevitore di ricevere più frame e riconoscerli. Il ricevitore tiene traccia del numero di sequenza del frame in arrivo.

  Quando il mittente invia tutti i frame nella finestra, controlla fino a quale numero di sequenza ha ricevuto il riconoscimento positivo. Se tutti i frame vengono riconosciuti positivamente, il mittente invia il set successivo di frame. Se il mittente scopre di aver ricevuto NACK o di non aver ricevuto alcun ACK per un particolare frame, ritrasmette tutti i frame dopo i quali non riceve alcun ACK positivo.

• Ripetizione selettiva ARQ

  In Go-back-N ARQ, si presume che il ricevitore non abbia spazio buffer per la dimensione della finestra e debba elaborare ogni frame non appena arriva. Questo impone al mittente di ritrasmettere tutti i frame che non sono stati riconosciuti.

  

  In Selective-Repeat ARQ, il ricevitore mentre tiene traccia dei numeri di sequenza, bufferizza i frame in memoria e invia NACK solo per i frame mancanti o danneggiati.

  Il mittente in questo caso invia solo il pacchetto per il quale viene ricevuto NACK.

Il livello 3 nel modello OSI è chiamato livello di rete. Il livello di rete gestisce le opzioni relative a host e indirizzamento di rete, gestione di sottoreti e internetworking.

Il livello di rete si assume la responsabilità di instradare i pacchetti dall'origine alla destinazione all'interno o all'esterno di una sottorete. Due sottoreti diverse possono avere schemi di indirizzamento diversi o tipi di indirizzamento non compatibili. Come per i protocolli, due sottoreti differenti possono operare su protocolli differenti che non sono compatibili tra loro. Il livello di rete ha la responsabilità di instradare i pacchetti dall'origine alla destinazione, mappando diversi schemi e protocolli di indirizzamento.

Funzionalità Layer-3

I dispositivi che funzionano su Network Layer si concentrano principalmente sul routing. L'instradamento può includere varie attività volte a raggiungere un unico obiettivo. Questi possono essere:

• Indirizzamento di dispositivi e reti.

• Popolamento di tabelle di routing o route statiche.

• Accodare i dati in entrata e in uscita e quindi inoltrarli in base ai vincoli di qualità del servizio impostati per quei pacchetti.

• Internetworking tra due diverse sottoreti.

• Consegna di pacchetti a destinazione con i migliori sforzi.

• Fornisce un meccanismo orientato alla connessione e senza connessione.

Funzionalità del livello di rete

Con le sue funzionalità standard, Layer 3 può fornire varie funzionalità come:

• Gestione della qualità del servizio

• Bilanciamento del carico e gestione dei collegamenti

• Security

• Interrelazione di diversi protocolli e sottoreti con schemi diversi.

• Progettazione di rete logica diversa rispetto alla progettazione di rete fisica.

• La VPN L3 e i tunnel possono essere utilizzati per fornire connettività dedicata end-to-end.

Il protocollo Internet è ampiamente rispettato e implementato come protocollo Network Layer che aiuta a comunicare dispositivi end-to-end su Internet. È disponibile in due gusti. IPv4 che ha governato il mondo per decenni ma ora sta esaurendo lo spazio degli indirizzi. IPv6 è stato creato per sostituire IPv4 e, si spera, mitiga anche i limiti di IPv4.

L'indirizzamento di rete Layer 3 è uno dei compiti principali di Network Layer. Gli indirizzi di rete sono sempre logici, ovvero sono indirizzi basati su software che possono essere modificati mediante configurazioni appropriate.

Un indirizzo di rete punta sempre a host / nodo / server oppure può rappresentare un'intera rete. L'indirizzo di rete è sempre configurato sulla scheda di interfaccia di rete ed è generalmente mappato dal sistema con l'indirizzo MAC (indirizzo hardware o indirizzo di livello 2) della macchina per la comunicazione di livello 2.

Esistono diversi tipi di indirizzi di rete:

• IP

• IPX

• AppleTalk

Stiamo discutendo della PI in quanto è l'unica che usiamo in pratica in questi giorni.

L'indirizzamento IP fornisce un meccanismo per distinguere tra host e rete. Poiché gli indirizzi IP sono assegnati in modo gerarchico, un host risiede sempre in una rete specifica. L'host che deve comunicare al di fuori della sua sottorete, deve conoscere l'indirizzo di rete di destinazione, dove il pacchetto / i dati devono essere inviati.

Gli host in sottoreti diverse necessitano di un meccanismo per localizzarsi a vicenda. Questa attività può essere eseguita dal DNS. DNS è un server che fornisce l'indirizzo di livello 3 dell'host remoto mappato con il suo nome di dominio o FQDN. Quando un host acquisisce l'indirizzo di livello 3 (indirizzo IP) dell'host remoto, inoltra tutti i suoi pacchetti al suo gateway. Un gateway è un router dotato di tutte le informazioni che portano a instradare i pacchetti all'host di destinazione.

I router utilizzano le tabelle di instradamento, che contengono le seguenti informazioni:

• Metodo per raggiungere la rete

I router dopo aver ricevuto una richiesta di inoltro, inoltrano il pacchetto all'hop successivo (router adiacente) verso la destinazione.

Il prossimo router sul percorso segue la stessa cosa e alla fine il pacchetto di dati raggiunge la sua destinazione.

L'indirizzo di rete può essere uno dei seguenti:

• Unicast (destinato a un host)

• Multicast (destinato al gruppo)

• Trasmissione (destinata a tutti)

• Anycast (destinato a quello più vicino)

Un router non inoltra mai il traffico di trasmissione per impostazione predefinita. Il traffico multicast utilizza un trattamento speciale poiché si tratta principalmente di un flusso video o audio con la massima priorità. Anycast è proprio simile a unicast, tranne per il fatto che i pacchetti vengono consegnati alla destinazione più vicina quando sono disponibili più destinazioni.

Quando un dispositivo ha più percorsi per raggiungere una destinazione, seleziona sempre un percorso preferendolo rispetto ad altri. Questo processo di selezione è definito Routing. L'instradamento viene effettuato da dispositivi di rete speciali chiamati router o può essere effettuato mediante processi software. I router basati su software hanno funzionalità limitate e portata limitata.

Un router è sempre configurato con una route predefinita. Un percorso predefinito indica al router dove inoltrare un pacchetto se non viene trovato alcun percorso per una destinazione specifica. Nel caso in cui esistano più percorsi per raggiungere la stessa destinazione, il router può prendere una decisione in base alle seguenti informazioni:

• Conteggio del luppolo

• Bandwidth

• Metric

• Prefix-length

• Delay

I percorsi possono essere configurati staticamente o appresi dinamicamente. Un percorso può essere configurato per essere preferito rispetto ad altri.

Instradamento unicast

La maggior parte del traffico su Internet e intranet noto come dati unicast o traffico unicast viene inviato con una destinazione specificata. L'instradamento dei dati unicast su Internet è chiamato instradamento unicast. È la forma più semplice di instradamento perché la destinazione è già nota. Quindi il router deve solo cercare la tabella di instradamento e inoltrare il pacchetto all'hop successivo.

Instradamento delle trasmissioni

Per impostazione predefinita, i pacchetti di trasmissione non vengono instradati e inoltrati dai router su alcuna rete. I router creano domini di trasmissione. Ma può essere configurato per inoltrare trasmissioni in alcuni casi speciali. Un messaggio broadcast è destinato a tutti i dispositivi di rete.

L'instradamento delle trasmissioni può essere eseguito in due modi (algoritmo):

• Un router crea un pacchetto di dati e quindi lo invia a ciascun host uno per uno. In questo caso, il router crea più copie di un singolo pacchetto di dati con diversi indirizzi di destinazione. Tutti i pacchetti vengono inviati come unicast ma poiché vengono inviati a tutti, simula come se il router stesse trasmettendo.

  Questo metodo consuma molta larghezza di banda e il router deve l'indirizzo di destinazione di ogni nodo.

• In secondo luogo, quando il router riceve un pacchetto che deve essere trasmesso, semplicemente inonda quei pacchetti da tutte le interfacce. Tutti i router sono configurati allo stesso modo.

  

  Questo metodo è facile sulla CPU del router, ma può causare il problema dei pacchetti duplicati ricevuti dai router peer.

  L'inoltro del percorso inverso è una tecnica in cui il router conosce in anticipo il suo predecessore da dove dovrebbe ricevere la trasmissione. Questa tecnica viene utilizzata per rilevare ed eliminare i duplicati.

Routing multicast

Il routing multicast è un caso speciale di routing di trasmissione con differenze significative e sfide. Nel routing broadcast, i pacchetti vengono inviati a tutti i nodi anche se non lo desiderano. Ma nel routing Multicast, i dati vengono inviati solo ai nodi che vogliono ricevere i pacchetti.

Il router deve sapere che ci sono nodi che desiderano ricevere pacchetti multicast (o stream), quindi solo lui deve inoltrare. Il routing multicast funziona con il protocollo spanning tree per evitare il loop.

Il routing multicast utilizza anche la tecnica di inoltro del percorso inverso, per rilevare e scartare duplicati e loop.

Anycast Routing

L'inoltro di pacchetti Anycast è un meccanismo in cui più host possono avere lo stesso indirizzo logico. Quando viene ricevuto un pacchetto destinato a questo indirizzo logico, viene inviato all'host più vicino nella topologia di routing.

Il routing anycast viene eseguito con l'aiuto del server DNS. Ogni volta che viene ricevuto un pacchetto Anycast, viene chiesto al DNS dove inviarlo. Il DNS fornisce l'indirizzo IP che è l'IP più vicino configurato su di esso.

Protocolli di routing unicast

Sono disponibili due tipi di protocolli di instradamento per instradare i pacchetti unicast:

• Protocollo di routing del vettore di distanza

  Distance Vector è un semplice protocollo di instradamento che prende la decisione di instradamento sul numero di salti tra l'origine e la destinazione. Un percorso con un numero inferiore di salti è considerato il percorso migliore. Ogni router annuncia i suoi percorsi migliori impostati ad altri router. In definitiva, tutti i router costruiscono la loro topologia di rete sulla base degli annunci dei loro router peer,

  Ad esempio Routing Information Protocol (RIP).

• Link State Routing Protocol

  Il protocollo Link State è un protocollo leggermente complicato rispetto a Distance Vector. Tiene conto degli stati dei collegamenti di tutti i router in una rete. Questa tecnica aiuta i percorsi a costruire un grafico comune dell'intera rete. Tutti i router quindi calcolano il percorso migliore ai fini del routing, ad esempio Open Shortest Path First (OSPF) e Intermediate System to Intermediate System (ISIS).

Protocolli di routing multicast

I protocolli di instradamento unicast utilizzano grafici mentre i protocolli di instradamento multicast utilizzano alberi, cioè spanning tree per evitare loop. L'albero ottimale è chiamato albero di copertura del percorso più breve.

• DVMRP  - Protocollo di routing multicast vettoriale a distanza

• MOSPF  - Multicast apre prima il percorso più breve

• CBT  - Albero basato su core

• PIM  - Multicast indipendente dal protocollo

Il multicast indipendente dal protocollo è comunemente usato ora. Ha due gusti:

• PIM Dense Mode

  Questa modalità utilizza alberi basati sull'origine. Viene utilizzato in ambienti densi come la LAN.

• PIM Sparse Mode

  Questa modalità utilizza alberi condivisi. Viene utilizzato in ambienti sparsi come WAN.

Algoritmi di instradamento

Gli algoritmi di instradamento sono i seguenti:

Allagamento

L'inondazione è il metodo più semplice di inoltro dei pacchetti. Quando un pacchetto viene ricevuto, i router lo inviano a tutte le interfacce tranne quella su cui è stato ricevuto. Questo crea un carico eccessivo sulla rete e molti pacchetti duplicati che vagano nella rete.

Time to Live (TTL) può essere utilizzato per evitare loop infiniti di pacchetti. Esiste un altro approccio per le inondazioni, denominato Selective Flooding per ridurre l'overhead sulla rete. In questo metodo, il router non si riversa su tutte le interfacce, ma su quelle selettive.

Percorso più breve

Le decisioni di instradamento nelle reti vengono prese principalmente sulla base del costo tra origine e destinazione. Il conteggio del luppolo gioca un ruolo importante qui. Il percorso più breve è una tecnica che utilizza vari algoritmi per decidere un percorso con un numero minimo di salti.

Gli algoritmi del percorso più breve comuni sono:

• Algoritmo di Dijkstra

• Algoritmo di Bellman Ford

• Algoritmo di Floyd Warshall

Nello scenario del mondo reale, le reti sotto la stessa amministrazione sono generalmente sparse geograficamente. Potrebbe esistere la necessità di collegare due reti diverse dello stesso tipo e di tipi diversi. L'instradamento tra due reti è chiamato internetworking.

Le reti possono essere considerate diverse in base a vari parametri come protocollo, topologia, rete Layer-2 e schema di indirizzamento.

Nell'internetworking, i router sono a conoscenza dell'indirizzo e degli indirizzi degli altri. Possono essere configurati staticamente su reti diverse o possono apprendere utilizzando il protocollo di routing internetworking.

I protocolli di instradamento utilizzati all'interno di un'organizzazione o di un'amministrazione sono chiamati protocolli di gateway interni o IGP. RIP, OSPF sono esempi di IGP. L'instradamento tra diverse organizzazioni o amministrazioni può avere il protocollo Exterior Gateway, e c'è un solo EGP, cioè Border Gateway Protocol.

Tunneling

Se sono due reti geograficamente separate, che desiderano comunicare tra loro, possono implementare una linea dedicata o devono passare i propri dati attraverso reti intermedie.

Il tunneling è un meccanismo mediante il quale due o più reti stesse comunicano tra loro, superando complessità di rete intermedie. Il tunneling è configurato su entrambe le estremità.

Quando i dati entrano da un'estremità del tunnel, vengono contrassegnati. Questi dati contrassegnati vengono quindi instradati all'interno della rete intermedia o di transito per raggiungere l'altra estremità del tunnel. Quando i dati esistono, il Tunnel il relativo tag viene rimosso e consegnato all'altra parte della rete.

Entrambe le estremità sembrano collegate direttamente e l'etichettatura fa viaggiare i dati attraverso la rete di transito senza alcuna modifica.

Frammentazione del pacchetto

La maggior parte dei segmenti Ethernet ha la loro unità di trasmissione massima (MTU) fissata a 1500 byte. Un pacchetto di dati può avere una lunghezza maggiore o minore a seconda dell'applicazione. I dispositivi nel percorso di transito hanno anche le loro capacità hardware e software che indicano la quantità di dati che il dispositivo può gestire e la dimensione del pacchetto che può elaborare.

Se la dimensione del pacchetto di dati è inferiore o uguale alla dimensione del pacchetto che la rete di transito può gestire, viene elaborata in modo neutro. Se il pacchetto è più grande, viene suddiviso in parti più piccole e quindi inoltrato. Questa è chiamata frammentazione dei pacchetti. Ogni frammento contiene la stessa destinazione e indirizzo di origine e viene instradato facilmente attraverso il percorso di transito. All'estremità ricevente viene nuovamente assemblato.

Se un pacchetto con il bit DF (non frammentare) impostato a 1 arriva a un router che non può gestire il pacchetto a causa della sua lunghezza, il pacchetto viene scartato.

Quando un pacchetto viene ricevuto da un router ha il bit MF (più frammenti) impostato su 1, il router sa che si tratta di un pacchetto frammentato e parti del pacchetto originale sono in arrivo.

Se il pacchetto è frammentato troppo piccolo, l'overhead aumenta. Se il pacchetto è troppo grande, il router intermedio potrebbe non essere in grado di elaborarlo e potrebbe cadere.

Ogni computer in una rete ha un indirizzo IP mediante il quale può essere identificato e indirizzato in modo univoco. Un indirizzo IP è un indirizzo logico di livello 3 (livello di rete). Questo indirizzo può cambiare ogni volta che un computer viene riavviato. Un computer può avere un IP in un'istanza di tempo e un altro IP in un momento diverso.

Protocollo di risoluzione degli indirizzi (ARP)

Durante la comunicazione, un host necessita dell'indirizzo di livello 2 (MAC) della macchina di destinazione che appartiene allo stesso dominio o rete di trasmissione. Un indirizzo MAC viene fisicamente masterizzato nella scheda di interfaccia di rete (NIC) di una macchina e non cambia mai.

D'altra parte, l'indirizzo IP di dominio pubblico viene modificato raramente. Se la scheda NIC viene modificata in caso di qualche guasto, cambia anche l'indirizzo MAC. In questo modo, affinché la comunicazione Layer-2 abbia luogo, è necessaria una mappatura tra i due.

Per conoscere l'indirizzo MAC dell'host remoto su un dominio di trasmissione, un computer che desidera avviare la comunicazione invia un messaggio di trasmissione ARP chiedendo: "Chi ha questo indirizzo IP?" Poiché si tratta di una trasmissione, tutti gli host sul segmento di rete (dominio di trasmissione) ricevono questo pacchetto e lo elaborano. Il pacchetto ARP contiene l'indirizzo IP dell'host di destinazione con cui l'host mittente desidera parlare. Quando un host riceve un pacchetto ARP a lui destinato, risponde con il proprio indirizzo MAC.

Una volta che l'host ottiene l'indirizzo MAC di destinazione, può comunicare con l'host remoto utilizzando il protocollo di collegamento Layer-2. Questa mappatura da MAC a IP viene salvata nella cache ARP degli host di invio e di ricezione. La prossima volta, se hanno bisogno di comunicare, possono fare riferimento direttamente alla rispettiva cache ARP.

L'ARP inverso è un meccanismo in cui l'host conosce l'indirizzo MAC dell'host remoto ma richiede di conoscere l'indirizzo IP per comunicare.

Internet Control Message Protocol (ICMP)

ICMP è un protocollo di diagnostica di rete e di segnalazione degli errori. ICMP appartiene alla suite di protocolli IP e utilizza IP come protocollo portante. Dopo aver costruito il pacchetto ICMP, viene incapsulato nel pacchetto IP. Poiché l'IP stesso è un protocollo non affidabile che offre il massimo impegno, lo è anche l'ICMP.

Qualsiasi feedback sulla rete viene rinviato all'host di origine. Se si verifica un errore nella rete, viene segnalato tramite ICMP. ICMP contiene dozzine di messaggi diagnostici e di segnalazione degli errori.

ICMP-echo e ICMP-echo-reply sono i messaggi ICMP più comunemente utilizzati per verificare la raggiungibilità degli host end-to-end. Quando un host riceve una richiesta ICMP-echo, è tenuto a restituire una ICMP-echo-reply. Se c'è qualche problema nella rete di transito, l'ICMP segnalerà quel problema.

Protocollo Internet versione 4 (IPv4)

IPv4 è uno schema di indirizzamento a 32 bit utilizzato come meccanismo di indirizzamento host TCP / IP. L'indirizzamento IP consente a ogni host sulla rete TCP / IP di essere identificabile in modo univoco.

IPv4 fornisce uno schema di indirizzamento gerarchico che gli consente di dividere la rete in sottoreti, ciascuna con un numero ben definito di host. Gli indirizzi IP sono suddivisi in molte categorie:

• Class A  - utilizza il primo ottetto per gli indirizzi di rete e gli ultimi tre ottetti per l'indirizzamento dell'host

• Class B  - utilizza i primi due ottetti per gli indirizzi di rete e gli ultimi due per l'indirizzamento dell'host

• Class C  - utilizza i primi tre ottetti per gli indirizzi di rete e l'ultimo per l'indirizzamento dell'host

• Class D  - fornisce uno schema di indirizzamento IP piatto in contrasto con la struttura gerarchica per i tre precedenti.

• Class E  - È usato come sperimentale.

IPv4 ha anche spazi di indirizzi ben definiti da utilizzare come indirizzi privati ​​(non instradabili su Internet) e indirizzi pubblici (forniti dagli ISP e instradabili su Internet).

Sebbene l'IP non sia affidabile; fornisce il meccanismo "Best-Effort-Delivery".

Protocollo Internet versione 6 (IPv6)

L'esaurimento degli indirizzi IPv4 ha dato vita a una versione 6 del protocollo Internet di nuova generazione. IPv6 indirizza i suoi nodi con un indirizzo di 128 bit che fornisce molto spazio per gli indirizzi da utilizzare in futuro su tutto il pianeta o oltre.

IPv6 ha introdotto l'indirizzamento Anycast ma ha rimosso il concetto di trasmissione. IPv6 consente ai dispositivi di acquisire automaticamente un indirizzo IPv6 e di comunicare all'interno di quella subnet. Questa configurazione automatica elimina l'affidabilità dei server DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). In questo modo, anche se il server DHCP su quella sottorete è inattivo, gli host possono comunicare tra loro.

IPv6 fornisce una nuova funzionalità della mobilità IPv6. Le macchine dotate di IPv6 mobile possono spostarsi senza la necessità di modificare i propri indirizzi IP.

IPv6 è ancora in fase di transizione e si prevede che sostituirà completamente IPv4 nei prossimi anni. Al momento, ci sono poche reti che girano su IPv6. Sono disponibili alcuni meccanismi di transizione per le reti abilitate IPv6 per parlare e muoversi facilmente su reti diverse su IPv4. Questi sono:

• Implementazione dual stack
• Tunneling
• NAT-PT

Il livello successivo nel modello OSI è riconosciuto come Transport Layer (Layer-4). Tutti i moduli e le procedure relativi al trasporto di dati o al flusso di dati sono classificati in questo livello. Come tutti gli altri livelli, questo livello comunica con il suo livello di trasporto peer dell'host remoto.

Il livello di trasporto offre una connessione peer-to-peer ed end-to-end tra due processi su host remoti. Il livello di trasporto prende i dati dal livello superiore (ovvero il livello dell'applicazione) e quindi li suddivide in segmenti di dimensioni più piccole, numera ogni byte e passa al livello inferiore (livello di rete) per la consegna.

Funzioni

• Questo livello è il primo che suddivide i dati delle informazioni, forniti dal livello dell'applicazione in unità più piccole chiamate segmenti. Numera ogni byte nel segmento e ne mantiene la contabilità.

• Questo livello garantisce che i dati debbano essere ricevuti nella stessa sequenza in cui sono stati inviati.

• Questo livello fornisce la consegna end-to-end di dati tra host che possono appartenere o meno alla stessa sottorete.

• Tutti i processi del server che intendono comunicare sulla rete sono dotati di noti Transport Service Access Point (TSAP) noti anche come numeri di porta.

Comunicazione end-to-end

Un processo su un host identifica il suo host peer sulla rete remota tramite TSAP, noti anche come numeri di porta. I TSAP sono molto ben definiti e un processo che sta cercando di comunicare con il suo pari lo sa in anticipo.

Ad esempio, quando un client DHCP desidera comunicare con un server DHCP remoto, richiede sempre sulla porta numero 67. Quando un client DNS desidera comunicare con un server DNS remoto, richiede sempre sulla porta numero 53 (UDP).

I due principali protocolli del livello di trasporto sono:

• Transmission Control Protocol

  Fornisce una comunicazione affidabile tra due host.

• User Datagram Protocol

  Fornisce una comunicazione inaffidabile tra due host.

Il Transmission Control Protocol (TCP) è uno dei protocolli più importanti della suite Internet Protocols. È il protocollo più utilizzato per la trasmissione dei dati in reti di comunicazione come Internet.

Caratteristiche

• TCP è un protocollo affidabile. Cioè, il destinatario invia sempre un riconoscimento positivo o negativo sul pacchetto di dati al mittente, in modo che il mittente abbia sempre un chiaro indizio sul fatto che il pacchetto di dati abbia raggiunto la destinazione o debba inviarlo di nuovo.

• TCP garantisce che i dati raggiungano la destinazione prevista nello stesso ordine in cui sono stati inviati.

• TCP è orientato alla connessione. TCP richiede che venga stabilita la connessione tra due punti remoti prima di inviare i dati effettivi.

• TCP fornisce il controllo degli errori e il meccanismo di ripristino.

• TCP fornisce comunicazioni end-to-end.

• TCP fornisce il controllo del flusso e la qualità del servizio.

• TCP opera in modalità punto a punto client / server.

• TCP fornisce un server full duplex, cioè può svolgere ruoli sia di destinatario che di mittente.

Intestazione

La lunghezza dell'intestazione TCP è di minimo 20 byte e massimo 60 byte.

• Source Port (16-bits)  - Identifica la porta di origine del processo di applicazione sul dispositivo di invio.

• Destination Port (16-bits) - Identifica la porta di destinazione del processo di applicazione sul dispositivo ricevente.

• Sequence Number (32-bits) - Numero di sequenza di byte di dati di un segmento in una sessione.

• Acknowledgement Number (32-bits)  - Quando è impostato il flag ACK, questo numero contiene il numero di sequenza successivo del byte di dati previsto e funziona come riconoscimento dei dati ricevuti in precedenza.

• Data Offset (4-bits)  - Questo campo implica sia la dimensione dell'intestazione TCP (parole a 32 bit) sia l'offset dei dati nel pacchetto corrente nell'intero segmento TCP.

• Reserved (3-bits)  - Riservato per uso futuro e tutti sono impostati a zero per impostazione predefinita.

• Flags (1-bit each)

  • NS - Il bit Nonce Sum viene utilizzato dal processo di segnalazione della notifica di congestione esplicita.

  • CWR - Quando un host riceve un pacchetto con il bit ECE impostato, imposta Congestion Windows Reduced per riconoscere che ECE ha ricevuto.

  • ECE -Ha due significati:

    • Se il bit SYN è chiaro a 0, ECE significa che il pacchetto IP ha il bit CE (esperienza di congestione) impostato.

    • Se il bit SYN è impostato su 1, ECE significa che il dispositivo è compatibile con ECT.

  • URG - Indica che il campo Puntatore urgente contiene dati significativi e deve essere elaborato.

  • ACK- Indica che il campo di riconoscimento ha un significato. Se ACK è azzerato, indica che il pacchetto non contiene alcun riconoscimento.

  • PSH - Quando è impostato, è una richiesta alla stazione ricevente per PUSH dati (non appena arrivano) all'applicazione ricevente senza buffering.

  • RST - Reset flag ha le seguenti caratteristiche:

    • Viene utilizzato per rifiutare una connessione in entrata.

    • Viene utilizzato per rifiutare un segmento.

    • Viene utilizzato per riavviare una connessione.

  • SYN - Questo flag viene utilizzato per impostare una connessione tra host.

  • FIN- Questo flag viene utilizzato per rilasciare una connessione e in seguito non vengono più scambiati dati. Poiché i pacchetti con flag SYN e FIN hanno numeri di sequenza, vengono elaborati nell'ordine corretto.

• Windows Size  - Questo campo viene utilizzato per il controllo del flusso tra due stazioni e indica la quantità di buffer (in byte) che il ricevitore ha allocato per un segmento, ovvero quanti dati si aspetta il ricevitore.

• Checksum - Questo campo contiene il checksum di intestazione, dati e pseudo intestazioni.

• Urgent Pointer  - Punta al byte di dati urgenti se il flag URG è impostato a 1.

• Options  - Facilita le opzioni aggiuntive che non sono coperte dalla normale intestazione. Il campo opzione è sempre descritto in parole a 32 bit. Se questo campo contiene dati inferiori a 32 bit, il riempimento viene utilizzato per coprire i bit rimanenti per raggiungere il limite di 32 bit.

Indirizzamento

La comunicazione TCP tra due host remoti avviene tramite i numeri di porta (TSAP). I numeri delle porte possono variare da 0 a 65535, suddivisi in:

• Porte di sistema (0-1023)
• Porte utente (1024 - 49151)
• Porte private / dinamiche (49152-65535)

Gestione della connessione

La comunicazione TCP funziona nel modello Server / Client. Il client avvia la connessione e il server la accetta o la rifiuta. L'handshaking a tre vie viene utilizzato per la gestione della connessione.

Istituzione

Il client avvia la connessione e invia il segmento con un numero di sequenza. Il server lo riconosce indietro con il proprio numero di sequenza e ACK del segmento del client che è uno in più rispetto al numero di sequenza del client. Il client dopo aver ricevuto un ACK del suo segmento invia un riconoscimento della risposta del server.

pubblicazione

Sia il server che il client possono inviare il segmento TCP con il flag FIN impostato su 1. Quando l'estremità ricevente risponde con ACKnowledging FIN, quella direzione della comunicazione TCP viene chiusa e la connessione viene rilasciata.

Gestione della larghezza di banda

TCP utilizza il concetto di dimensione della finestra per soddisfare le esigenze di gestione della larghezza di banda. La dimensione della finestra indica al mittente all'estremità remota il numero di segmenti di byte di dati che il ricevitore a questa estremità può ricevere. TCP utilizza la fase di avvio lento utilizzando la dimensione della finestra 1 e aumenta la dimensione della finestra in modo esponenziale dopo ogni comunicazione riuscita.

Ad esempio, il client utilizza la dimensione di Windows 2 e invia 2 byte di dati. Quando il riconoscimento di questo segmento ricevuto, la dimensione della finestra viene raddoppiata a 4 e successivamente inviato il segmento inviato sarà lungo 4 byte di dati. Quando viene ricevuto il riconoscimento del segmento di dati a 4 byte, il client imposta la dimensione delle finestre su 8 e così via.

Se una conferma viene persa, cioè i dati persi nella rete di transito o hanno ricevuto NACK, la dimensione della finestra viene ridotta della metà e la fase di avvio lento ricomincia.

Controllo degli errori e controllo del flusso

TCP utilizza i numeri di porta per sapere quale processo applicativo ha bisogno per trasferire il segmento di dati. Oltre a ciò, utilizza i numeri di sequenza per sincronizzarsi con l'host remoto. Tutti i segmenti di dati vengono inviati e ricevuti con numeri di sequenza. Il mittente sa quale ultimo segmento di dati è stato ricevuto dal destinatario quando riceve un ACK. Il Ricevente conosce l'ultimo segmento inviato dal Mittente facendo riferimento al numero di sequenza del pacchetto ricevuto di recente.

Se il numero di sequenza di un segmento ricevuto di recente non corrisponde al numero di sequenza che il destinatario si aspettava, viene scartato e NACK viene rispedito. Se due segmenti arrivano con lo stesso numero di sequenza, il valore di timestamp TCP viene confrontato per prendere una decisione.

Multiplexing

La tecnica per combinare due o più flussi di dati in una sessione si chiama multiplexing. Quando un client TCP inizializza una connessione con il server, fa sempre riferimento a un numero di porta ben definito che indica il processo dell'applicazione. Il client stesso utilizza un numero di porta generato in modo casuale da pool di numeri di porta privati.

Utilizzando TCP Multiplexing, un client può comunicare con un numero di processi applicativi diversi in una singola sessione. Ad esempio, un client richiede una pagina web che a sua volta contiene diversi tipi di dati (HTTP, SMTP, FTP ecc.), Il timeout della sessione TCP viene aumentato e la sessione viene mantenuta aperta per un tempo più lungo in modo che l'overhead di handshake a tre vie possa essere evitato.

Ciò consente al sistema client di ricevere più connessioni su una singola connessione virtuale. Queste connessioni virtuali non sono adatte ai server se il timeout è troppo lungo.

Controllo della congestione

Quando una grande quantità di dati viene inviata al sistema che non è in grado di gestirla, si verifica una congestione. TCP controlla la congestione tramite il meccanismo di Windows. TCP imposta una dimensione della finestra che indica all'altra estremità la quantità di segmento di dati da inviare. TCP può utilizzare tre algoritmi per il controllo della congestione:

• Aumento additivo, diminuzione moltiplicativa

• Avvio lento

• Timeout React

Gestione timer

TCP utilizza diversi tipi di timer per controllare e gestire varie attività:

Timer Keep-Alive:

• Questo timer viene utilizzato per verificare l'integrità e la validità di una connessione.

• Quando il tempo di keep-alive scade, l'host invia un probe per verificare se la connessione esiste ancora.

Timer di ritrasmissione:

• Questo timer mantiene la sessione con stato dei dati inviati.

• Se il riconoscimento dei dati inviati non viene ricevuto entro il tempo di ritrasmissione, il segmento di dati viene inviato di nuovo.

Persist timer:

• La sessione TCP può essere sospesa da entrambi gli host inviando Window Size 0.

• Per riprendere la sessione, un host deve inviare Dimensioni finestra con un valore maggiore.

• Se questo segmento non raggiunge mai l'altra estremità, entrambe le estremità potrebbero aspettarsi l'una per l'altra per un tempo infinito.

• Quando il timer Persist scade, l'host invia nuovamente la dimensione della finestra per far sapere all'altro capo.

• Persist Timer aiuta a evitare deadlock nella comunicazione.

Attesa a tempo:

• Dopo aver rilasciato una connessione, uno degli host attende un tempo di attesa temporizzata per terminare completamente la connessione.

• Questo per assicurarsi che l'altra estremità abbia ricevuto il riconoscimento della sua richiesta di terminazione della connessione.

• Il timeout può essere un massimo di 240 secondi (4 minuti).

Crash Recovery

TCP è un protocollo molto affidabile. Fornisce il numero di sequenza a ciascuno dei byte inviati nel segmento. Fornisce il meccanismo di feedback, cioè quando un host riceve un pacchetto, è vincolato ad ACK quel pacchetto con il numero di sequenza successivo atteso (se non è l'ultimo segmento).

Quando un server TCP si blocca a metà della comunicazione e riavvia il processo, invia la trasmissione TPDU a tutti i suoi host. Gli host possono quindi inviare l'ultimo segmento di dati che non è mai stato non riconosciuto e proseguire.

Lo User Datagram Protocol (UDP) è il protocollo di comunicazione Transport Layer più semplice disponibile della suite di protocolli TCP / IP. Implica una quantità minima di meccanismo di comunicazione. Si dice che UDP sia un protocollo di trasporto inaffidabile, ma utilizza servizi IP che forniscono un meccanismo di consegna ottimale.

In UDP, il destinatario non genera un riconoscimento del pacchetto ricevuto e, a sua volta, il mittente non attende alcun riconoscimento del pacchetto inviato. Questa lacuna rende questo protocollo inaffidabile e più facile da elaborare.

Requisito di UDP

Potrebbe sorgere una domanda, perché abbiamo bisogno di un protocollo inaffidabile per trasportare i dati? Distribuiamo UDP in cui i pacchetti di riconoscimento condividono una quantità significativa di larghezza di banda insieme ai dati effettivi. Ad esempio, in caso di streaming video, migliaia di pacchetti vengono inoltrati ai suoi utenti. Riconoscere tutti i pacchetti è problematico e può contenere un'enorme quantità di spreco di larghezza di banda. Il miglior meccanismo di consegna del protocollo IP sottostante garantisce i migliori sforzi per consegnare i suoi pacchetti, ma anche se alcuni pacchetti in streaming video vengono persi, l'impatto non è disastroso e può essere ignorato facilmente. La perdita di pochi pacchetti nel traffico video e vocale a volte passa inosservata.

Caratteristiche

• UDP viene utilizzato quando il riconoscimento dei dati non ha alcun significato.

• UDP è un buon protocollo per il flusso di dati in una direzione.

• UDP è semplice e adatto per comunicazioni basate su query.

• UDP non è orientato alla connessione.

• UDP non fornisce un meccanismo di controllo della congestione.

• UDP non garantisce la consegna ordinata dei dati.

• UDP è senza stato.

• UDP è un protocollo adatto per applicazioni di streaming come VoIP, streaming multimediale.

Intestazione UDP

L'intestazione UDP è semplice quanto la sua funzione.

L'intestazione UDP contiene quattro parametri principali:

• Source Port  - Queste informazioni a 16 bit vengono utilizzate per identificare la porta di origine del pacchetto.

• Destination Port  - Queste informazioni a 16 bit vengono utilizzate per identificare il servizio a livello di applicazione sulla macchina di destinazione.

• Length  - Il campo Lunghezza specifica l'intera lunghezza del pacchetto UDP (inclusa l'intestazione). È un campo a 16 bit e il valore minimo è 8 byte, ovvero la dimensione dell'intestazione UDP stessa.

• Checksum  - Questo campo memorizza il valore di checksum generato dal mittente prima dell'invio. IPv4 ha questo campo come opzionale, quindi quando il campo checksum non contiene alcun valore viene impostato a 0 e tutti i suoi bit sono impostati a zero.

Applicazione UDP

Di seguito sono riportate alcune applicazioni in cui viene utilizzato UDP per trasmettere dati:

• Servizi di nomi di dominio

• Simple Network Management Protocol

• Trivial File Transfer Protocol

• Routing Information Protocol

• Kerberos

Il livello dell'applicazione è il livello più alto nel modello OSI e TCP / IP. Questo strato esiste in entrambi i modelli a strati a causa della sua importanza, dell'interazione con l'utente e le applicazioni utente. Questo livello è per le applicazioni coinvolte nel sistema di comunicazione.

Un utente può o meno interagire direttamente con le applicazioni. Il livello dell'applicazione è il luogo in cui viene avviata e si riflette la comunicazione effettiva. Poiché questo livello si trova in cima alla pila di livelli, non serve altri livelli. Il livello dell'applicazione utilizza il supporto di Transport e tutti i livelli sottostanti per comunicare o trasferire i suoi dati all'host remoto.

Quando un protocollo a livello di applicazione desidera comunicare con il proprio protocollo a livello di applicazione peer su un host remoto, passa i dati o le informazioni al livello di trasporto. Lo strato di trasporto fa il resto con l'aiuto di tutti gli strati sottostanti.

C'è un'ambiguità nella comprensione di Application Layer e del suo protocollo. Non tutte le applicazioni utente possono essere inserite in Application Layer. tranne quelle applicazioni che interagiscono con il sistema di comunicazione. Ad esempio, la progettazione di software o editor di testo non possono essere considerati programmi a livello di applicazione.

D'altra parte, quando utilizziamo un browser Web, che in realtà utilizza Hyper Text Transfer Protocol (HTTP) per interagire con la rete. HTTP è il protocollo del livello applicazione.

Un altro esempio è File Transfer Protocol, che aiuta un utente a trasferire file di testo o binari attraverso la rete. Un utente può utilizzare questo protocollo in software basato su GUI come FileZilla o CuteFTP e lo stesso utente può utilizzare FTP in modalità riga di comando.

Quindi, indipendentemente dal software utilizzato, è il protocollo che viene considerato a livello di applicazione utilizzato da quel software. DNS è un protocollo che aiuta i protocolli delle applicazioni utente come HTTP a svolgere il proprio lavoro.

Due processi di applicazione remota possono comunicare principalmente in due modi diversi:

• Peer-to-peer: Entrambi i processi remoti vengono eseguiti allo stesso livello e scambiano dati utilizzando alcune risorse condivise.

• Client-Server: Un processo remoto funge da client e richiede alcune risorse da un altro processo dell'applicazione che funge da server.

Nel modello client-server, qualsiasi processo può agire come server o client. Non è il tipo di macchina, le dimensioni della macchina o la sua potenza di calcolo a renderla server; è la capacità di servire la richiesta che fa di una macchina un server.

Un sistema può agire contemporaneamente come server e client. Cioè, un processo agisce come server e un altro funge da client. Ciò può anche accadere che entrambi i processi client e server risiedano sulla stessa macchina.

Comunicazione

Due processi nel modello client-server possono interagire in vari modi:

• Sockets

• Chiamate di procedura remota (RPC)

Prese

In questo paradigma, il processo che funge da Server apre un socket utilizzando una porta nota (o conosciuta dal client) e attende fino all'arrivo di una richiesta del client. Anche il secondo processo che funge da client apre un socket, ma invece di attendere una richiesta in arrivo, il client elabora le "richieste per prime".

Quando la richiesta viene raggiunta al server, viene servita. Può essere una condivisione di informazioni o una richiesta di risorse.

Chiamata di procedura remota

Questo è un meccanismo in cui un processo interagisce con un altro tramite chiamate di procedura. Un processo (client) chiama la procedura che si trova sull'host remoto. Si dice che il processo sull'host remoto sia Server. Entrambi i processi sono stub allocati. Questa comunicazione avviene nel modo seguente:

• Il processo client chiama lo stub del client. Gli passa tutti i parametri relativi al programma locale.

• Tutti i parametri vengono quindi impacchettati (sottoposti a marshalling) e viene effettuata una chiamata di sistema per inviarli all'altro lato della rete.

• Il kernel invia i dati sulla rete e l'altra estremità li riceve.

• L'host remoto passa i dati allo stub del server dove viene annullato il marshalling.

• I parametri vengono passati alla procedura e la procedura viene quindi eseguita.

• Il risultato viene rispedito al client nello stesso modo.

Esistono diversi protocolli che funzionano per gli utenti in Application Layer. I protocolli a livello di applicazione possono essere ampiamente suddivisi in due categorie:

• Protocolli utilizzati dagli utenti, ad esempio e-mail, eMail.

• Protocolli che aiutano e supportano i protocolli utilizzati dagli utenti, ad esempio DNS.

Di seguito sono descritti alcuni protocolli a livello di applicazione:

Domain Name System

Il Domain Name System (DNS) funziona sul modello Client Server. Utilizza il protocollo UDP per la comunicazione a livello di trasporto. Il DNS utilizza uno schema di denominazione basato sul dominio gerarchico. Il server DNS è configurato con nomi di dominio completi (FQDN) e indirizzi di posta elettronica mappati con i rispettivi indirizzi di protocollo Internet.

Un server DNS viene richiesto con FQDN e risponde con l'indirizzo IP mappato con esso. Il DNS utilizza la porta UDP 53.

Simple Mail Transfer Protocol

Il protocollo SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) viene utilizzato per trasferire la posta elettronica da un utente a un altro. Questa attività viene eseguita tramite il software client di posta (Agenti utente) che l'utente sta utilizzando. Gli agenti utente aiutano l'utente a digitare e formattare l'email e ad archiviarla fino a quando Internet non è disponibile. Quando un'e-mail viene inviata per l'invio, il processo di invio viene gestito da Message Transfer Agent, che normalmente è integrato nel software client di posta.

Message Transfer Agent utilizza SMTP per inoltrare l'e-mail a un altro Message Transfer Agent (lato server). Mentre SMTP viene utilizzato dall'utente finale per inviare solo le e-mail, i server normalmente utilizzano SMTP per inviare e ricevere e-mail. SMTP utilizza i numeri di porta TCP 25 e 587.

Il software client utilizza i protocolli IMAP (Internet Message Access Protocol) o POP per ricevere i messaggi di posta elettronica.

File Transfer Protocol

Il protocollo FTP (File Transfer Protocol) è il protocollo più utilizzato per il trasferimento di file sulla rete. FTP utilizza TCP / IP per la comunicazione e funziona sulla porta TCP 21. FTP funziona sul modello client / server in cui un client richiede un file dal server e il server invia la risorsa richiesta al client.

FTP utilizza il controllo fuori banda, ovvero FTP utilizza la porta TCP 20 per lo scambio di informazioni di controllo ei dati effettivi vengono inviati sulla porta TCP 21.

Il client richiede un file al server. Quando il server riceve una richiesta per un file, apre una connessione TCP per il client e trasferisce il file. Al termine del trasferimento, il server chiude la connessione. Per un secondo file, il client richiede di nuovo e il server riapre una nuova connessione TCP.

Post Office Protocol (POP)

Il protocollo Post Office versione 3 (POP 3) è un semplice protocollo di recupero della posta utilizzato dagli agenti utente (software di posta elettronica client) per recuperare i messaggi dal server di posta.

Quando un client ha bisogno di recuperare la posta dal server, apre una connessione con il server sulla porta TCP 110. L'utente può quindi accedere alla sua posta e scaricarla sul computer locale. POP3 funziona in due modalità. La modalità più comune, la modalità di eliminazione, consiste nell'eliminare le e-mail dal server remoto dopo che sono state scaricate sulle macchine locali. La seconda modalità, la modalità di conservazione, non elimina la posta dal server di posta e offre all'utente la possibilità di accedere alla posta in un secondo momento sul server di posta.

Hyper Text Transfer Protocol (HTTP)

Il protocollo HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) è il fondamento del World Wide Web. L'ipertesto è un sistema di documentazione ben organizzato che utilizza collegamenti ipertestuali per collegare le pagine nei documenti di testo. HTTP funziona sul modello client server. Quando un utente desidera accedere a qualsiasi pagina HTTP su Internet, la macchina client all'estremità dell'utente avvia una connessione TCP al server sulla porta 80. Quando il server accetta la richiesta del client, il client è autorizzato ad accedere alle pagine web.

Per accedere alle pagine Web, un client normalmente utilizza i browser Web, responsabili dell'avvio, della manutenzione e della chiusura delle connessioni TCP. HTTP è un protocollo senza stato, il che significa che il server non conserva informazioni sulle richieste precedenti dei client.

Versioni HTTP

• HTTP 1.0 utilizza HTTP non persistente. Al massimo un oggetto può essere inviato su una singola connessione TCP.

• HTTP 1.1 utilizza HTTP persistente. In questa versione, più oggetti possono essere inviati su una singola connessione TCP.

I sistemi informatici e i sistemi computerizzati aiutano gli esseri umani a lavorare in modo efficiente ed esplorare l'impensabile. Quando questi dispositivi sono collegati insieme per formare una rete, le capacità vengono migliorate più volte. Alcuni servizi di base che la rete di computer può offrire sono.

Servizi di directory

Questi servizi stanno mappando tra il nome e il suo valore, che può essere un valore variabile o fisso. Questo sistema software aiuta a memorizzare le informazioni, organizzarle e fornisce vari mezzi per accedervi.

• Accounting

  In un'organizzazione, a un certo numero di utenti vengono associati i nomi utente e le password. I servizi di directory forniscono i mezzi per archiviare queste informazioni in forma criptica e renderle disponibili quando richiesto.

• Authentication and Authorization

  Le credenziali dell'utente vengono controllate per autenticare un utente al momento del login e / o periodicamente. Gli account utente possono essere impostati in una struttura gerarchica e il loro accesso alle risorse può essere controllato utilizzando schemi di autorizzazione.

• Domain Name Services

  Il DNS è ampiamente utilizzato e uno dei servizi essenziali su cui funziona Internet. Questo sistema associa gli indirizzi IP ai nomi di dominio, che sono più facili da ricordare e richiamare rispetto agli indirizzi IP. Poiché la rete funziona con l'aiuto degli indirizzi IP e gli esseri umani tendono a ricordare i nomi dei siti Web, il DNS fornisce l'indirizzo IP del sito Web che viene mappato al suo nome dal back-end su richiesta del nome di un sito Web dall'utente.

Servizi di file

I servizi di file includono la condivisione e il trasferimento di file sulla rete.

• File Sharing

  Uno dei motivi che ha dato vita al networking è stato il file sharing. La condivisione di file consente ai suoi utenti di condividere i propri dati con altri utenti. L'utente può caricare il file su un server specifico, accessibile da tutti gli utenti previsti. In alternativa, l'utente può rendere il proprio file condiviso sul proprio computer e fornisce l'accesso agli utenti previsti.

• File Transfer

  Questa è un'attività per copiare o spostare file da un computer a un altro computer o più computer, con l'aiuto della rete sottostante. La rete consente al suo utente di individuare altri utenti nella rete e di trasferire i file.

Servizi di comunicazione

• Email

  La posta elettronica è un metodo di comunicazione e qualcosa senza cui un utente di computer non può lavorare. Questa è la base delle funzionalità Internet odierne. Il sistema di posta elettronica dispone di uno o più server di posta elettronica. Tutti i suoi utenti sono dotati di ID univoci. Quando un utente invia un messaggio di posta elettronica a un altro utente, viene effettivamente trasferito tra gli utenti con l'aiuto del server di posta elettronica.

• Social Networking

  Le recenti tecnologie hanno reso sociale la vita tecnica. Le persone esperte di computer possono trovare altre persone o amici conosciuti, possono entrare in contatto con loro e possono condividere pensieri, immagini e video.

• Internet Chat

  La chat Internet fornisce servizi di trasferimento di testo istantaneo tra due host. Due o più persone possono comunicare tra loro utilizzando servizi di chat di inoltro Internet basati su testo. Oggigiorno, la chat vocale e la chat video sono molto comuni.

• Discussion Boards

  Le bacheche di discussione forniscono un meccanismo per connettere più persone con gli stessi interessi e consente agli utenti di porre domande, domande, suggerimenti ecc. Che possono essere visti da tutti gli altri utenti. Anche altri potrebbero rispondere.

• Remote Access

  Questo servizio consente all'utente di accedere ai dati che risiedono sul computer remoto. Questa funzionalità è nota come desktop remoto. Questo può essere fatto tramite un dispositivo remoto, ad esempio un telefono cellulare o un computer di casa.

Servizi applicativi

Questi non sono altro che fornire servizi basati sulla rete agli utenti come servizi web, gestione di database e condivisione di risorse.

• Resource Sharing

  Per utilizzare le risorse in modo efficiente ed economico, la rete fornisce un mezzo per condividerle. Ciò può includere server, stampanti e supporti di archiviazione ecc.

• Databases

  Questo servizio applicativo è uno dei servizi più importanti. Memorizza dati e informazioni, li elabora e consente agli utenti di recuperarli in modo efficiente utilizzando query. I database aiutano le organizzazioni a prendere decisioni in base alle statistiche.

• Web Services

  World Wide Web è diventato il sinonimo di Internet e viene utilizzato per connettersi a Internet e accedere a file e servizi di informazione forniti dai server Internet.