Cablaggio di reti Cablaggio di reti EthernetEthernet

e Wireless LAN e Wireless LAN

Modulo didatticoModulo didattico

““L’Hardware del P.C.”L’Hardware del P.C.”

I.T.I.S. di Santhià – Dip. di Informatica

Autore M. LaninoUltima revisione 10 gennaio 2005

Perché connettersi in Perché connettersi in rete?rete?

La rete permette la comunicazione tra gli utenti e la condivisione delle risorse delle workstation e dei server. Collegando in rete i PC si aumenta l’efficacia degli utenti grazie ad una migliore condivisione delle informazioni e delle periferiche, come ad esempio le stampanti o l’accesso ad Internet.

Utilizzi della reteUtilizzi della reteConnessione di una stampanteUna stampante può essere resa accessibile a tutti gli utenti della rete locale. Ciò permette di evitare lo spostamento della stampante, oppure il moltiplicarsi del numero delle stampanti in un ufficio.

E-MailGrazie alla rete si possono scambiare messaggi tra gli utenti. Collegando la rete ad Internet tutti potranno utilizzare il servizio di posta elettronica WEB.

Condivisione di FileAttraverso la rete locale si può realizzare facilmente la condivisione e lo scambio dei files:

1.allegando un file ad una e-mail ed inviando l’e-mail all’utente interessato2.permettendo l’accesso dell’utente alle cartelle condivise degli altri PC. Le cartelle possono essere protette con password o essere accessibili in sola lettura3.consultando ed aggiornando i data base condivisi in rete

 

Condivisione dell’accesso a InternetCon la rete gli utenti possono condividere simultaneamente una connessione Internet utilizzando una sola linea ed un solo abbonamento. La LAN permette di condividere qualsiasi tipo di connessione : analogica a 56K (PSTN), ISDN o a Larga banda (cavo o ADSL).

Le principali specifiche Le principali specifiche EthernetEthernet

Le reti Ethernet sono regolate da diversi protocolli e fanno riferimento allo standard IEEE802. Sono previsti diversi tipi collegamento, con cavi in rame Coassiali o UTP (Unshielded Twisted Pair) oppure in fibra.

Le reti Ethernet sono reti con topologia a stella, il cui centro è realizzato con oggetti hardware denominati HUBHUB o SwitchSwitch, di cui si parlerà in seguito. Questa topologia presenta il vantaggio, nel caso di problemi su una periferica (PC), di non coinvolgere gli altri PC, anche se un collegamento cessa di funzionare completamente. Le spie di controllo sull’Hub indicano lo stato di ogni connessione, quindi, in caso di guasto su di una linea, è immediato individuarla.

Standard attuali e Standard attuali e futurifuturi

attualmente utilizzatee diverse velocità di trasmissione:

•10 Mbit/s (Ethernet base o 10 Base-T)•100 Mbit/s (fast Ethernet o 100Base-Tx) che è la più utilizzata•1 Gbit/s (Gigabit Ethernet o 1000Base-T) che è in rapida ascesa

Sono già state definite dal 2002 le specifiche per gli standard futuri:

•10Gbase-SR con cablaggio in F.O. multimodo e =805 nm per distanze fino a 300m•10Gbase-LR con cablaggio in F.O. monomodo e =1310 nm per distanze fino a 10Km•10Gbase-ER con cablaggio in F.O. monomodo e =1550 nm per distanze fino a 40Km•10Gbase-LX4 con cablaggio in doppia F.O. e 4 valori di diversi. Distanze fino a 300m (multimodo) e 10Km (monomodo)

I componenti hardwareI componenti hardwareSchede di rete e PC card

E’ la scheda da installare in ciascun PC da connettere in rete. Essa permette di connettersi alla rete attraverso una porta che di solito ospita connettori Rj-45 (cavo cat.5 per distanze fino a 100m) o in fibra ottica (multimodo 50 m per distanze fino 550m e multimodo 62.5 m per distanze fino 275m). In figura una scheda fast Ethernet con porta Rj-45.

Per l’ambiente desktop si utilizzano schede per il collegamento su bus PCI, mentre per i computer portatili si utilizza la connessione attraverso lo slot PCM-CIA. In figura si vedono una scheda di rete PCI ed una PC card per collegamenti Ethernet 10/100 Mbit/s su porta Rj-45.

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HUB (concentratore)HUB (concentratore)

In figura è riportato un Hub Ethernet 10Base-T a 4 porte Rj-45 e 1 porta BNC.

L’Hub è l’elemento centrale a cui sono collegati tutti i PC di una rete. Normalmente un hub connette da 2 a 24 PC. Essi possono poi essere impilati (configurazione stack) o collegati in cascata per costruire reti più grandi. L’Hub è sostanzialmente un ripetitore di messaggi: qualsiasi sia il messaggio ricevuto, esso lo inoltra su tutte le sue porte, quindi a tutti i PC della rete. Solo però il PC destinatario farà proprio il messaggio, mentre sarà ignorato dagli altri PC. Questo sistema di trasmissione dei messaggi è economico e semplice nel funzionamento, ma sfrutta male la rete, in quanto crea grandi ridondanze di traffico. Per il collegamento di Hub in cascata, si possono collegare fino a 4 livelli di hub se la velocità è di 10 Mbit/s (Hub 10Base-T) e solo 2 livelli per velocità di 100 Mbit/s (Hub 10/100). Gli Hub si collegano in cascata attraverso la porta Uplink che in genere è ottenuta da uno degli ingressi attraverso la commutazione di un pulsante.

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Switch (segmentatore)Switch (segmentatore)

Uno switch è un hub dotato di funzioni avanzate per la gestione del traffico in rete. Rispetto all’hub esso consente di migliorare le prestazioni grazie ad una più razionale gestione della rete: i pacchetti di dati vengono replicati solo sulle porte interessate e non su tutte le porte indistintamente. Ciò riduce la ridondanza in rete. Il costo è ovviamente maggiore.Gli switch possono essere interconnessi con le stesse modalità degli hub, inoltre permettono di gestire il traffico in rete anche con diverse velocità.La soluzione per reti molto estese prevede l’uso di diversi Hub collegati ad uno Switch centrale: in questo caso lo switch ha funzione di segmentazione della rete e permette le prestazioni migliori. In figura è riportato uno switch fast Ethernet a 5 porte Rj-45 commutate.

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Server di stampaServer di stampaPossono essere rappresentati da tipi diversi di hardware:

1. Personal computer connessi in rete che sono stati configurati per quel particolare utilizzo. Il cavo di rete va al PC ed il PC è connesso alla Laser Printer.

2. Componenti HW simili a piccoli Hub che si pongono come interfaccia fra la rete e la stampante. Di solito necessitano di alimentazione.

3. Schede HW presenti nelle più complete Laser Printer presenti sul mercato. In questo caso la stampante viene collegata direttamente alla rete.

4. Infine esistono in commercio, specie per l’ambiente soho, dispositivi ibridi che fungono da router/switch/server di stampa e talvolta Access Point per reti wireless. Un solo oggetto multifunzionale, insomma.

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Cavi di Cavi di interconnessioneinterconnessione

I cavi di rete collegano le schede di rete dei PC all’elemento centrale della stella (Hub o Switch). La maggioranza delle reti utilizza un tipo di cavo simile a quello telefonico, conosciuto con la sigla UTP (unshielded Twisted Pair) che consiste in un cavo a 4 doppini attorcigliati (twisted) e non schermati (unshielded) di categoria 5.

E’ possibile poi utilizzare cavi coassiali con attacco BNC e per soluzioni GigaBit cavi in rame o in fibra ottica. 

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Le categorie dei cablaggi Le categorie dei cablaggi in ramein rame

E’ ISO (International Standards Organization) ad emettere le normative in proposito.

La tabella elenca i tipi di cavo, le rispettive categorie ISO e i campi di applicazione.

Si noti che la frequenza max di utilizzo è quella garantita, ma che ad esempio un cavo cat5, grazie alle tecniche di trasmissione Gigabit Ethernet (standard 1000 base TX), è in grado di operare a velocità teoriche che raggiungono i 1000 Mbps. Quindi non è corretta la relazione MHz=Mbps perché la frequenza di trasmissione e la banda passante non sono legate in modo così diretto, anzi la loro relazione è complessa e dipende dalla tecnica di trasmissione usata.

Il cavo UTP e Il cavo UTP e presa Rj-45 presa Rj-45

Il tipo di cavo mostrato in figura è quello oggi utilizzato per i cablaggi di cat.5; esso permette trasferimenti di dati con banda di 100 MHz e supporta tutti gli standard Ethernet fino al 1000 base T (Gigabit Ethernet), anche se molte volte si preferisce utilizzare il coassiale o la fibra.

La lunghezza massima delle tratte in cavo è di 100m

La rete nella sua forma La rete nella sua forma basebase

Una rete di base consiste di più PC dotati di schede di rete e di cavi collegati ad un Hub. Le funzionalità di stampa integrate in Windows permettono di stampare su di una stampante collegata ad uno dei PC. 

Rete con accesso a Rete con accesso a InternetInternet

La soluzione più pratica è rappresentata da un’unica connessione ad un ISP su linea ad esempio ISDN. La connessione è effettuata tramite ROUTERROUTER..In figura si vede l’esempio di collegamento. Se la linea fosse analogica oppure ADSL cambierà il tipo di Router utilizzato. I router normalmente svolgono anche funzioni di FirewallFirewall, cioè svolgono anche compiti di gestione della sicurezza nei collegamenti.

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Alcuni protocolli supportati Alcuni protocolli supportati dai firewalldai firewall

NAT (Network Address Translation)Viene utilizzato per impedire intrusioni di hacker; questo protocollo sostituisce l’indirizzo IP privato di ogni stazione di rete con un solo indirizzo pubblico visibile su Internet. In questo modo si riescono a nascondere numerose periferiche connesse in rete e a far apparire l’intera rete come fosse un unico PC. E’ unicamente visibile l’idirizzo IP del router.

STATEFULL PACKET INSPECTIONGrazie a questo protocollo il router esamina ogni pacchetto proveniente da Internet e lascia passare o meno il pacchetto a seconda dei criteri stabiliti dall’amministratore di rete. 

Altri protocolli …Altri protocolli …

DYNAMIC CONTENT FILTERINGIl filtraggio dinamico dei contenuti permette di controllare dinamicamente l’accesso a determinate pagine Web o categorie di siti.

DENIAL OF SERVICEL’amministratore di rete può prevenire gli attacchi sul server grazie alla funzione Denial Of Service (DOS). Combinando questa funzionalità con la Stateful Packet Inspection, è possibile neutralizzare attacchi del tipo continua richiesta di servizi a un server con lo scopo di saturarne il funzionamento. Il router ignorerà queste richieste, migliorando l’affidabilità ed il tempo di risposta del server.

 CATEGORIE CYBER-NOTSono categorie e tipologie di siti che possono essere bloccati. Ad esempio: Violenza, nudità parziale e totale, atti o testi di carattere pornografico, volgarità, intolleranze, satanismo, droga, estremismo politico, giochi d’azzardo,alcool e tabacco.

Rete estesaRete estesa

Questo è un esempio di rete che utilizza tutti i componenti Hardware analizzati sinora: 

1.Schede di rete2.Cavi3.Hub4.Switch5.Router6.Server di stampa

 

Passi per configurare la Passi per configurare la LANLAN

    

•Inserire una scheda di rete in ogni PC

•Installare i driver di rete e definire le risorse condivise

•Utilizzare i cavi per collegare la scheda di rete di ciascun PC con un ingresso dell’Hub

 

Tipi di schede di Tipi di schede di interconnessioneinterconnessione

Esistono in commercio :

 •Schede di rete con interfaccia USB 2

•Schede di rete PCM-CIA per portatili 

•Schede di rete con interfaccia PCI classiche

Wireless LANWireless LAN

Si tratta di reti locali senza fili, in cui i cablaggi sono sostituiti da apparecchi ricetrasmittenti che inviano e ricevono pacchetti di dati a corto raggio utilizzando tecniche protette di trasferimento delle informazioni.

Una Wireless Lan, in breve, sostituisce o gli ultimi metri del cavo Una Wireless Lan, in breve, sostituisce o gli ultimi metri del cavo Ethernet tra il portatile e la presa a muro, oppure sostituisce una tratta Ethernet tra il portatile e la presa a muro, oppure sostituisce una tratta di cavo che collega due sottoreti.di cavo che collega due sottoreti.

Lo standard iniziale (2000) era siglato 802.11b (anche detto comunemente Wi-Fi). L’evoluzione di questo standard è rappresentata dal protocollo 802.11g che, mantenendo la compatibilità verso il basso, permette un transfer rate teorico di 54 Mbps, contro gli 11 Mbps del precedente. 

Componenti principali Componenti principali della wireless landella wireless lan

 

•Le schede PC card da inserire negli appositi slot di espansione dei portatili (PCM-CIA) oppure schede Wireless PCI     

•I punti di accesso (AP, Access Point)

Esempio di LAN soho Esempio di LAN soho mistamista

Alcuni dati sullo standard Alcuni dati sullo standard 802.11b802.11b

Gli A.P. agiscono sia da trasmettitori che da ricevitori sulla banda radio ISM posta a 2,4 GHz (come ad es. Bluetooth), con raggi di azione compresi entro i 500 metri in Open Field e 150 metri all’interno di edifici. La trasmissione avviene con il metodo Dsss (Direct Sequence Spread Spectrum) ed implementa tecniche di cifratura dei dati (protocollo WEP= Wireless Equivalent Privacy) a 64, 128 o 256 bit.

E’ stato lo standard 802.11b (e il successivo marchio di certificazione Wi-Fi) a decretare nel 2000/01 il successo commerciale delle reti WL: esso prevede un transfer rate di 11 Mbit al secondo con installazione e configurazione semplici. L’utilizzo della cifratura dei dati introduce un sensibile peggioramento nelle prestazioni del sistema quantificabile nel 50-60%. Ciò significa che velocità di trasferimento dati “Reali” sono dell’ordine dei 3-4 Mbits nel caso di distanze limitate fra sistema portatile e AP.

I computer portatili dotati di tecnologia I computer portatili dotati di tecnologia Intel Centrino©Intel Centrino© integrano al loro interno (di integrano al loro interno (di solito ai lati del display) l’antenna di trasmissione/ricezione e la scheda 802.11b/g, in solito ai lati del display) l’antenna di trasmissione/ricezione e la scheda 802.11b/g, in questo modo si rende più robusto il sistema e soprattutto si libera uno slot di questo modo si rende più robusto il sistema e soprattutto si libera uno slot di espansione.espansione.

Migliorie all’802.11bMigliorie all’802.11bIl rapido degrado delle prestazioni con la distanza e l’impiego di protocolli di

cifratura, ha subito scatenato la caccia ai miglioramenti tecnologici dello standard.

Evoluzioni dello standard basate su C.I. di fabbricazione Texas Instruments portarono a 22 Mbit/s (teorici) il transfer rate, garantendo la compatibilità con lo standard 802.11b. Il reale miglioramento stava non tanto nell’aumento del thrughput, quanto più nella maggiore sicurezza offerta dalla cifratura WEP a 256 bit utilizzabile senza un peggioramento troppo sensibile delle prestazioni.

Il 2002 vede nascere il draft (bozza di standard) 802.11g802.11g, diventato standard nel 2003. La velocità massima raggiunge così di 54 Mbit/s sulla stessa banda dei dispositivi precedenti.

Molte sono oggi le apparecchiature tipo A.P. in grado di utilizzare contemporaneamente entrambi gli standard. Nel novembre 2003 Texas Instruments ha iniziato a commercializzare nuovi chip in grado di elevare il transfer rate teorico a 100 Mbit/s, ne è subito nato un nuovo draft denominato IEEE IEEE 802.11g+.802.11g+.

Riassunto degli standard Riassunto degli standard attuali e futuriattuali e futuri

IEEE 802.11aIEEE 802.11a E’ stato cronologicamente il primo. Opera su una banda E’ stato cronologicamente il primo. Opera su una banda attorno ai 5 GHz e non è compatibile con gli standard b e g. Velocità attorno ai 5 GHz e non è compatibile con gli standard b e g. Velocità massima teorica di 54 Mbps, non è utilizzato in EU a causa delle limitazioni massima teorica di 54 Mbps, non è utilizzato in EU a causa delle limitazioni legislative che impedivano l’utilizzo di tale bandalegislative che impedivano l’utilizzo di tale banda

IEEE 802.11bIEEE 802.11b E’ la seconda generazione delle specifiche wireless. E’ la seconda generazione delle specifiche wireless. Dispone di una velocità massima teorica di 11 Mbps e opera sulla banda Dispone di una velocità massima teorica di 11 Mbps e opera sulla banda ISM (Industrial, Scientific and Medical) a 2,4 GHz. E’ lo standard che si è ISM (Industrial, Scientific and Medical) a 2,4 GHz. E’ lo standard che si è diffuso in EU.diffuso in EU.

IEEE 802.11gIEEE 802.11g Evoluzione dello standard b che porta la velocità massima Evoluzione dello standard b che porta la velocità massima teorica a 54 Mbps mantenendo piena compatibilità con lo standard teorica a 54 Mbps mantenendo piena compatibilità con lo standard precedente. Non è invece compatibile con lo standard a.precedente. Non è invece compatibile con lo standard a.

IEEE 802.11nIEEE 802.11n Draft di standard (approvazione prevista tra il 2005 e il Draft di standard (approvazione prevista tra il 2005 e il 2006) per reti lan di futura generazione. La sua velocità dovrebbe arrivare 2006) per reti lan di futura generazione. La sua velocità dovrebbe arrivare a 320 Mbpsa 320 Mbps

Portate degli A.P. Portate degli A.P. secondo lo standard base secondo lo standard base

802.11b802.11bEsterno Interno

Banda (Mbps)

Portata (m)

Banda (Mbps)

Portata (m)

11 255 11 53

5,5 352 5,5 82

2 402 2 122

1 503 1 152

Esterno Interno

Banda (Mbps)

Portata (m)

Banda (Mbps)

Portata (m)

11 255 11 53

5,5 352 5,5 82

2 402 2 122

1 503 1 152

A.P. – funzionamento A.P. – funzionamento tradizionaletradizionale

    

Ecco due esempi di collegamento  

              

A.P. – funzionamento A.P. – funzionamento bridgebridge

Normalmente i bridge vengono posti in modo da collegare fra loro due sottoreti piuttosto lontane.  

La modalità bridge (ponte) richiede due unità A.P. configurate in modo da avere un colloquio dedicato. Si crea così un ponte radio fra gli A.P. che sostituisce una tratta di rete in cavo.

Prescrizioni di LeggePrescrizioni di Legge

Cenni sulla Tecnica Cenni sulla Tecnica DsssDsss

La trasmissione Wireless avviene con il metodo Direct Sequence Spread Spectrum, in italiano spettro espanso a sequenza diretta.In questa modalità la trasmissione, invece di essere centrata su di una sola portante e su un solo canale di trasmissione, viene suddivisa fra tutti i canali e trasmessa in modo ridondante e ciclico secondo una sequenza nota , in questo modo il livello di potenza emesso si riduce notevolmente e diventa compatibile con quello del rumore, dal quale sarà poi isolato con tecniche legate alla correlazione.

La banda disponibile viene divisa in due: una banda di UPLOAD (da PC ad Access Point) e una di DOWNLOAD (da AP a PC), così la trasmissione è sempre unidirezionale.

I dati vengono ripartiti in una sequenza ridondante di bit che viene poi trasmessa su canali adiacenti. Se vi sono delle interferenze su un canale, la trasmissione può venire ugualmente ricostruita grazie alle ridondanze. Ciò fa si che questa tecnica presenti elevata immunità ai disturbi.Il limite della tecnica Dsss sta nel fatto che la sequenza è fissa, quindi non risulta complicato ricostruire il messaggio da parte di un attaccante. Per questo è stato implementato il protocollo di cifratura WEP.

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Cenni sulla cifratura Cenni sulla cifratura WEPWEP

WEP = Wireless Equivalent PrivacyWEP = Wireless Equivalent Privacy

Il protocollo WEP è un sistema di cifratura dei dati utilizzato dagli standard 802.11b e 802.11g per la trasmissione su reti wireless.

Esistono più versioni:

a 64 bit (40 bit + 24 bit del vettore di inizializzazione)

a 128 bit (104 bit + 24 bit del vettore di inizializzazione)

a 256 bit (implementato soltanto nell’802.11g)

A detta di molti il sistema WEP non è sicuro al 100% e possibili attaccanti, grazie ad algoritmi di decifrazione di codici (peraltro reperibili sul web) possono in tempi brevi scoprirne la chiave. E’ comunque la prima barriera contro le intrusioni, quindi deve sempre essere attivato. L’aspetto negativo è dovuto al fatto che la cifratura WEP riduce il thrughput della rete in modo significativo, specie per il protocollo 802.11b.

E’ ormai disponibile anche il nuovo standard E’ ormai disponibile anche il nuovo standard WPAWPA (Wireless Protected (Wireless Protected Access) decisamente più robusto e sicuro del WEP.Access) decisamente più robusto e sicuro del WEP. Torna ai dati sullo standard