1
1.1 aa
1.1.1 bbbb
2 aa
3 bb
4 La rete locale
La rete locale (o LAN) e’ lo strumento essenziale per la condivisione delle risorse informatiche di una scuola, per poter accedere da piu’ postazioni da lavoro ad un unico accesso ad Internet, per condividere stampanti o lo spazio disco ed i servizi di un server di rete. Ci occuperemo in questo capitolo di illustrare come funziona e quali sono le caratteristiche di una rete locale ponendo soprattutto l’accento sugli aspetti tecnici e sulle soluzioni che possono essere adottate anche dalle scuole che dispongono di un modesto bugget economico.
Molto spesso si ritiene che la rete sia un investimento necessario solo a chi possiede molte decine, o centinaia di calcolatori, e si continuano ad installare singole stazioni di lavoro indipendenti senza rendersi conto che gia’ a partire da 4, 5 macchine la rete locale potrebbe portare grandi benefici nella semplificazione della gestione dei software, e nell’uso di Internet a fini didattici. Con semplici apparati e una decina di cavi e’ possibile mettere in rete un laboratorio; raggiungere la biblioteca, la sala insegnanti costa a volte poche decine di euro e l’interento di un elettricista di fiducia.
Il cablaggio di tutta una scuola, realizzata nel corso della costruzione di un nuovo edificio o di interventi straordinari di manutenzione e di messa a norma degli impianti, avrebbe costi irrisori rispetto ad interventi eseguiti in momenti successivi, e metterebbe a disposizione una “spina telematica” in ogni aula da cui collegarsi ad Internet o al server scolastico nel corso di una lezione.
La rete e’ quindi uno strumento essenziale in una comunita’ di utenti, e appena si hanno a disposizione alcune macchine, appena ci si e’ dotati di un collegamento ad Internet diventa una esigenza prioritaria per utilizzare al meglio gli investimenti fatti e una condizione per iniziare a pianificare la realizzazione di un “server” che funzioni da macchina di appoggio per tutte stazioni di lavoro.
Nel prossimo capitolo illustreremo in dettaglio le opportunita’ che un server, il centro di un sistema di rete locale, puo’ offrire a supporto delle attivita’ didattiche; affronteremo ora le problematiche tecniche realative alla realizzazione di una rete in una sede scolastica
4.1 Le reti Ethernet
Chi intende realizzare una rete locale oggi si trova di fronte ad una serie di soluzioni tecniche che fanno tutte riferimento ad una unica famiglia di standard conosciuti come “protocolli Ethernet” protocolli che sono stati sviluppati alla fine degli anni 70 e che lentamente si sono affermati scalzando dal mercato soluzioni alternative quali le reti Token Ring o FDDI. Ethernet deve il suo successo alla relativa semplicita’ delle soluzioni originariamente proposte da Xerox, Intel e Digital, e dal fatto che le specifiche tecniche del prodotto sono state rese pubbliche fin da subito, permettendo a decine di differenti produttori di adottarle e migliorarle sulle proprie piattaforme.
Nel corso degli anni si sono realizzati nuovi apparati e sistemi di cablaggio che permettono oggi di disporre di maggiori velocita’ e di differenti supporti di trasmissione e topologie. Apparati e sistemi di cablaggio che risultano comunque tutti compatibili tra loro, proprio in virtu‘ della comune appartenenza alla comune famiglia dei protocolli Ethernet.
4.1.1 Velocita’ di trasmissione
L’Ethernet e’ nata prevedendo una velocita’ di trasmissione di 10 Mbit/sec, a fianco degli appartati di rete tradizionali, in grado di operare a questa velocita, si stanno oggi diffondendo gli apparati a 100 Mbit/sec ed iniziano a comparire, se pure a costi ancora molto elevati, apparati per le reti Ethernet a 1000 Mbit/sec. Quindi una rete Ethernet, puo’ trasferire, a seconda dei casi, rispettivamente 1 milione, 10 milioni o 100 milioni di caratteri (byte) al secondo.
Le differenti velocita’di trasmissioni richiedono diversi tipi di supporti e di apparati; la tabella seguente illustra i protocolli ethernet piu’ diffusi, le velocita’ ed il tipo di cavi richiesti.
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Protocollo |
Nome |
Velocità |
Cablaggio |
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10Base2 |
Coassiale o Thinnet |
10 Mbit/sec |
Cavo coassiale |
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10BaseT |
Ethernet |
10 Mbit/sec |
Cavo UTP categ. 3 o sup. |
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100BaseTX |
Fast Ethernet |
100 Mbit/sec |
Cavo UTP categ. 5 o sup. |
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100 BaseFX |
Fiber-Cabled Ethernet |
100 Mbit/sec |
Fibra ottica Multi-Mode |
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1000BaseT |
Gigabit Ethernet |
1000 Mbit/sec |
Cavo UTP categ. 5E o fibra |
La scelta di quale tipo di apparati e di cablaggi utilizzare dipende dalle esigenze e dalle disponibilita’ economiche della sede scolastica, e’ possibile e conveniente a volte utilizzare un mix delle differenti tecnologie prevedendo una infrastruttura di base che sara’ potenziata nelle singole parti al crescere delle esigenze ad al diminuire dei prezzi degli apparati.
Anche una LAN che opera alla velocita’ di “soli” 10 Mbit/sec puo’ risultare piu’ che adeguata se le esigenze di connessione riguardano prevalentemente l’accesso ad Internet. Infatti disponendo di un buon collegamento, quale quello fornito da ADSL, si potra’ contare di una velocita’ massima verso l’esterno di 0.6 Mbit/sec, mentre la rete locale sara’ circa 20 volte piu’ veloce e quindi non costituira’ in alcun caso un collo di bottiglia. Anche nel caso di una ottima connessione ad Internet con linea dedicata o fibra avremo sempre una velocita’ reale di accesso ai dati remoti molto minore di quella fornita dalla rete locale.
Cio’ che veramente puo’ generare un traffico significativo sulla LAN e’ un utilizzo molto intenso di applicazioni o dati che risiedono su un servers locale, oppure l’esecuzione di giochi in rete. In questi casi puo’ essere necessario adottare apparati a 100Mbit/sec. Le reti a 1000 Mbit/sec oggi sono sfruttate a pieno solo per applicaapplicazioni di calcolo parallelo e database distribuiti o per realizzare dorsali a cui accedono migliaia di macchine, offrono cioe’ prestazioni nettamente superiori a quelle richieste in attivita’ didattiche.
4.1.2 Cenni sul funzionamento
Alla base del funzionamento di una rete Ethernet vi sono gli indirizzi degli apparati di rete ed i “pacchetti di dati” trasmessi e che contengono al loro interno i dati che vengono scambiati tra gli elaboratori.
Tutte le schede di rete che vengono installate sui calcolatori, ed in alcuni degli apparati attivi di cui parleremo in seguito, possiedono un proprio indirizzo che viene “stampato” sui circuiti della scheda al momento della fabbricazione. L’indirizzo che e’ composto da 6 coppie di numeri esadecimali (esempio: A4-32-FF-62-5C-00) e che a volte compare anche su etichette presenti sulle scheda, e’ chiamato indirizzo MAC e risulta diverso per tutti gli apparati che vengono prodotte nel mondo.
E’ grazie a questo indirizzo univoco che ogni scheda o apparato viene riconosciuto sulla rete permettendo il trasferimento dei dati; infatti ogni pacchetto che transita sulla LAN contiene al suo interno, oltre ai dati veri e propri, anche l’indirizzo MAC del calcolatore che lo ha inviato, e l’indirizzo MAC del calcolatore a cui e’ destinato. Il pacchetto circola sull’intera rete locale e solo il calcolatore che riconosce l’indirizzo di destinazione come proprio lo acquisisce e lo utilizza, venendo a conoscenza anche dell’indirizzo MAC del sistema a cui inviare una eventuale risposta.
Le diverse versioni di Ethernet che sono oggi disponibili sul mercato conservano questi elementi comuni, anche se si sono cercate soluzioni per limitare il percorso dei pacchetti ai soli tratti di rete che collegano le macchine coivolte nello scambio di dati. La filosofia della rete Ethernet originale, prima della comparsa degli switch, prevedeva che ogni pacchetto di dati si propagasse in tutti i rami della rete, indipendentemente dal posizionamento fisico delle macchine coinvolte nella comunicazione, occupandoin tal modo l’intera rete per il tempo di transito dei pacchetti. Con i bridge e gli switch e’ invece ora possibile confinare il traffico ai soli rami su cui si trovano le macchine che stanno scambiando dati, lasciando quindi liberi altri rami della rete.
4.2 Il cablaggio
Per realizzare una rete locale occorrono due tipi di dispositivi: i supporti di trasmissione (cavi) per il trasporto dei dati, e gli apparati attivi (schede di rete, concentratori etc) in grado di generare ed interpretare i pacchetti di dati e su cui saranno attestati i supporti trasmissivi. I supporti utilizzati per la realizzazione di reti locali sono molteplici, noi prenderemo in esame solo quelli che vengono utilizzati oggi nella realizzazione di reti di piccole e medie dimensioni cioe’ i cavi coassiali, i doppini UTP-RJ45 e le fibre ottiche.
4.2.1 Cavo coassiale (10Base2)
Il cavo coassiale e’ il mezzo piu’ economico per realizzare piccole reti locali e dorsali su cui andranno collegati i concentratori (hub) di rete. In passato venivano utilizzati diversi tipi di cavi, oggi si utilizza unicamente il cosi’ detto “cavo sottile” (thin-wire) un coassiale da 50 Hom tipo RJ58 U/A che si puo’ trovare, oltre che dalle ditte specializzate, anche presso i rivenditori di materiale televisivo.
Il cavo coassiale e’ l’unico supporto trasmissivo che permette di realizzare una rete con tipologia a “bus”, cioe’ di collegare in cascata differenti calcolatori ed apparati di rete; di contro il coassiale permette una velocita’di soli 10 Mbit/sec.
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La lunghezza massima di un cavo coassiale puo’ essere di circa 200 metri, le schede ed apparati di rete possono essere collegati ad un coassiale utilizzando “connettori a T” e “spine BNC” mentre agli estremi del cavo devono essere presenti i “Terminatori”. Su una tratta di cavo coassiale possono esserre collegati fino a 30 apparati di rete, che devono distare tra loro almeno 50 cm. |
Foto 3.2 Connettori e terminatori |
Gli installatori di apparati di rete tendono oggi a sconsigliare i collegamenti in coassiale in quanto un guasto su un qualunque punto del un cavo puo’ mettere fuori gioco l’intera tratta, e si e’ verificato che le sollecitazioni meccaniche generano guasti con una certa frequenza, soprattutto nei punti in cui le spine BNC collegano i “connettori a T”. Questo sconsiglia di utilizzare il coassiale per collegare i singoli personal computer dei laboratori. Il coassiale puo’ essere invece impiegato per collegare alcuni hub presenti in uffici e laboratori distanti tra di loro e costituisce la soluzione piu’ semplice ed economica per realizzare una dorsale. Il primo esempio di rete scolastica che presentiamo nel paragrafo 4.5 fa’ uso di questo tipo di supporto trasmissivo.
4.2.2 Doppino UTP RJ-45 (10BaseT, 100BaseT, 1000BaseT)
I cavi UTP RJ-45 sono realizzati con 4 coppie di fili in rame, il cavo non e’ schermato e agli estremi sono disponibili connettori di tipo RJ-45. Esiste anche la versione schermata che si chiama STP, ma che viene utilizzata di solito solo quando sono presenti forti rumori elettromagnetici. La qualita’del cavo viene indicato dalla “categoria”. Per connessioni fino a 10 Mbit/sec e’ richiesta almeno la categoria 3, la categoria 5 arriva a 100 Mbit/sec, mentre per il 1000 Mbit/sec e’ preferibile la categoria 5E. Quando si realizza una infrastruttura permanente e’ opportuno utilizzare cavi di categoria 5 o 5E, anche se al momento si dispone di apparati a 10Mbit/sec, per non precludersi futuri potenziamenti.
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I cavi UTP RJ-45 possono avere una lunghezza
massima di 100 metri per i collegamenti a 10 e 100Mbit/sec. Nei collegamenti
a 1 Gbit/sec la lunghezza puo’ ridursi a 30-40 metri. Il collegamento delle
macchine avviene attraverso un concentratore (hub o switch) realizzando
quindi una struttura stellare. |
Foto 3.4 Cavo UTP5 con connettori RJ45 |
Nella trasmissione dati su rete Ethernet vengono utilizzati solo 4 fili (contatti numero 1,2,3 e 6); se si vuole realizzare un cablaggio in classe 5 o 5E per essere sicuri di poterlo utilizzare anche a velocita’ di 100Mbit/sec o superiori e’ necessario utilizzare cavo in cui le coppie dei fili sono incrociati (crossing) e non trascurare di mantenere questo incrocio anche a livello dei connettori come illustrato nella seguente tabella che illustra lo standard di collegamento T568B.
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1 Bianco Arancio |
2 Arancio |
3 Bianco verde |
4 Blu |
5 Bianco blu |
6 Verde |
7 Bianco Marron |
8 Marron |
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4.2.3 Fibra ottica (100BaseFX, 1000BaseFx)
La fibra ottica viene utilizzata soprattutto nella per realizzare di dorsali in cui bisogna superare grandi distanze per raggiungere gli apparati attivi (hub e switch) oppure per mettere la rete al riparo da forti disturbi elettromagnetici. In particolare la fibra e’ necessaria quando si devono collegare edifici attraversando spazi esterni, per evitare che le scariche elettriche generate dai fulmini possano propagarsi alla rete locale interna. Esistono differenti tipi di fibre che consentono lunghezze da 500 metri ad alcuni chilometri. Il collegamento in fibra che viene di solito utilizzato per gli apparati di concentrazione, e piu’ raramente per i server ed i calcolatori, e’ nettamente piu’ costoso dei collegamenti in rame. La posa e la messa in opera di una rete in fibra ottica richiede l’intervento di personale specializzato. L’esempio numero 4 mostra l’utilizzo di una dorsale in fibra in un progetto di rete scolastica estesa.
4.2.4 Il cablaggio strutturato
Una rete di poche macchine, o limitata ad un solo laboratorio puo’essere realizzata utilizzando un semplice concentatore e qualche decina di cavi. Se invece si vuole dotare l’intera scuola di prese telematiche da cui sia possibile collegarsi alla rete locale allora e’ opportuno pianificare un intervento sull’intero edificio, magari in occasione di lavori di ristrutturazione edilizia o di messa a norma degli impianti, per realizzare un “cablaggio strutturato”
Con il termine “cablaggio strutturato” si intende la posa di cavi che raggiungono tutte le aule, gli uffici, i laboratori di una scuola, e che siano attestati su uno o piu’ armadi di concentrazione. I cavi saranno posati in apposite canalette e terminati agli estremi da prese a muro o a pannello (RJ-45 femmine). Utilizzando opportune bretelle sara’ possibile collegare questi cavi da una parte ad un apparato di concentrazione e dall’altra ad un utilizzatore (computer, o ulteriore apparato di concentrazione) .
La soluzione piu’ semplice e flessibile per la posa dei cavi e’ quella di utilizzare canalette metalliche ispezionabili di dimensioni adeguate (4x6 cm o superiori) in cui possono essere posti anche altri cavi purche’ non vi circoli corrente. I cavi dati possono cioe’ viaggiare assieme alle linee telefoniche, ma non alle linee elettriche.
È opportuno quindi valutare la struttura dell’edificio al fine di verificare quali sono i percorsi e le soluzioni piu’ convenienti, magari avvalendosi della consulenza di personale specializzato. La posa dei cavi e’ un lavoro che puo’ essere svolto da un elettricista di fiducia, ma il disegno della dorsale e la localizzazione degli apparati di rete e’ bene sia discusso con personale esperto. Un altro problema, apparentemente banale, ma che in alcune scuole e’ stato fonte di gravi problemi e’ l’attestazione delle prese RJ-45 sui cavi UTP che deve essere realizzato attenendosi rigidamente allo schema di figura. A grandi linee linee si puo’ stimare il costo di un cablaggio strutturato intorno a 100-200 euro per presa installata.
4.2.5 Armadi di permutazione.
In un cablaggio strutturato corretto tutti i cavi vengono concentrati su uno o piu’ armadi di permutazione localizzati in modo tale da poter servire tutti i locali della scuola. La scelta di utilizzare uno o piu’ armadi dipende dalle dimensioni dell’edificio: la lunghezza massima di un cavo RJ-45 e’ di 100 metri e questa lunghezza determina la zona che un armadio puo’ servire, quando occorrerebbero cavi di lunghezza maggiore bisogna porsi il problema di predisporre altri armadi in altre zone. Se abbiamo piu’ armadi questi saranno collegati tra loro da una dorsale che puo’ essere realizzata in cavo UTP, coassiale oppure, per le distanze maggiori, in fibra ottica.
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Solitamente in un armadio di permutazione sono presenti i pannelli a cui vanno attestati i cavi UTP facendo uso di prese RJ-45 (femmine). Inoltre sono disponibili alcuni ripiani su cui possono essere posti gli apparati (hub, switch, repater). Attraverso bretelle (corti cavi UTP terminati con spine RJ-45) si possono attivare i singoli cavi UTP che arrivano sul pannello collegando le prese RJ-45 alle porte di rete degli apparati attivi. |
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Concentrare tutti i punti rete in un unico armadio permette di attivare di volta in volta, le sole linee che verranno utilizzate risparmiando quindi sul numero degli apparati attivi presenti. Il passaggio ad una nuova tecnologia Ethernet (ad esempio da 10 a 100 Mbit/sec) puo’ essere effetuata con gradualita’ semplicemento inserendo il nuovo hub e collegando a questo le sole stazioni di lavoro gia’ in grado di sfruttare la maggiore velocita’. Il costo di un armadio di permutazione varia in funzione delle dimensioni, e quindi, del numero di apparati hardware che possono essere ospitati. La tabella 3.1 offre una stima dei costi di un armadio vuoto di varie dimensioni. Un pannello di attestazione per 16 cavi UTP viene a costare intorno agli 80 Euro.
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Box a muro con porta in vetro |
Dimensioni L
x H x P cm |
Prezzo unitario |
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6 unità * |
60 x 33 x 40 |
205 € circa |
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9 unità |
60 x 46 x 40 |
232 € circa |
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12 unità |
60 x 60 x 60 |
260 € circa |
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15 unità |
60 x 73 x 40 |
247 € circa |
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* una unità equivale ad un apparato hardware |
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Tabella 3.1 Costi armadi di permutazione
4.3 Apparati attivi
Gli apparati attivi sono attrezzature necessarie per far circolare i pacchetti di dati nei mezzi trasmissivi. Appartengono a questa categoria le schede di rete, i transciver, i repeater, gli hub gli switch e i router.
4.3.1 Schede di rete
La scheda di rete e’ l’interfaccia che permette di collegare una stazione di lavoro alla rete di trasmissione dati. A volte la scheda di rete e’ integrata sulla scheda madre come in alcuni portatili nei portatili. Altre volte e’ realizzata su PCMCI oppure su una scheda PCI. Le schede vengono vendute accompagnate da un dischetto o da un CD che contiene i “driver di rete”, cioe’ i programmi che permettono di fare funzionare la particolare scheda in quel preciso sistema operativo. La quasi totalita’ delle schede di rete disponibili sul mercato sono in grado di funzionare con i sistemi operativi Windows 95/98/ME. Alcuni modelli possono dare problemi se utilizzati con Windows NT/2000 oppure Linux.
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Foto 3.1 Scheda di rete |
La scheda di rete e’ dotata di una o piu’ spine per la connessione; spine che dipendono dal tipo di cavo utilizzato per il collegamento. Nel caso di schede di rete a 10Mbit/sec sono disponibili modelli (detti “combo”) che possiedono sia connettori BNC per il collegamento al coassiale sia la spina RJ-45 per il collegamento UTP. Le schede a 100 Mbit/sec sono dotate di solo connettore RJ-45. I led sulla scheda indicano tipicamente l’avvenuta connessione ed il traffico in corso. Il costo varia da 15 a 200 Euro. |
4.3.2 Adattatori (Transceiver)
I transceiver sono gli apparati che trasformano i segnali elettrici per adattarli ai differenti mezzi trasmissivi. Vengono usati ad esempio se occorre collegare un cavo coassiale (con attacco BNC) ad un vecchio apparato che possiede solo una porta AUI, oppure se si vuole inserire in una rete una tratta di fibra. I transceiver non hanno altra funzione che trasformare i segnali, quindi non permettono di collegare tratte di reti che possiedono velocita’ diverse. Poiche’ i transceiver vengono alimentati dallo stesso connettore in cui transitano i dati non esiste un transceiver che permetta di collegare cavi coassiali con cavi UTP, in quanto in nessuno dei due supporti trasmissivi e’ presente corrente di alimentazione. Il costo dei transceiver varia da 30 a 300 Euro a seconda delle funzioni.
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Foto 3.8 - Transceiver
4.3.3 Ripetitori e concentratori (Repeater e hub)
I ripetitori sono apparati che svolgono la funzione di amplificare e ritrasmettere i segnali elettrici per estendere le dimensioni di una rete. Se la lunghezza massima di un cavo coassiale e’ di 200 metri, attraverso un ripetitore e’ possibile collegare un secondo cavo ed avere quindi una dorsale di 400 metri. Esiste un limite al numero massimo di ripetitori che possono essere usati in cascata su una rete locale, in particolare due stazioni di lavoro non possono attraversare, sul percorso che le unisce, piu’ di tre ripetitori. Questa regola deve essere sempre tenuta presente quando si progetta una LAN estesa e complessa; si veda anche il prossimo paragrafo che introduce varianti in questo calcolo.
I ripetitori svolgono spesso anche la funzione di tranceiver e quindi vengono utilizzati per collegare differenti mezzi trasmissivi. Attraverso un ripetitore e’ possibile collegare cavi coassiali e UTP oppure estendere una rete con una fibra ottica. I ripetitori svolgono anche la funzione di filtro elettrico: un guasto su una tratta non mette fuori uso le altre tratte della rete.
Il tipo di ripetitori piu’ diffusi sono i “ripetitori multiporta” conosciuti anche col nome di concentratori o HUB.
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Tabella 1Foto
3.5 e 3.6 Hub 8 porte (fronte/retro) con i cavi di due computer inseriti
Esistono HUB per il cavo coassiale, che permettono di collegare 6 o 8 spezzoni di cavo per realizzare piu’ tratte di una dorsale, oppure HUB per cavo UTP che hanno 8, 16, 24 porte di tipo RJ-45 e funzionano da centro stella di un gruppo di stazioni di lavoro.
Essendo solo degli amplificatori di segnali elettrici gli HUB non sono in grado di svolgere alcuna funzione di analisi di percorso sui dati che trasmettono. Cioe’ se la stazione di lavoro sulla porta numero 1 sta trasmettendo i dati saranno ritrasmessi su tutte le porte dell’HUB indipendentemente da dove si trova il calcolatore che deve ricevere i dati. Quindi i pacchetti fluiranno in tutta la rete, tenendola impegnata ed impedendo ad altri calcolatore di trasmettere nello stesso momento.
I concentratori RJ-45 dotati anche di porta BNC permettono di realizzare semplici reti estese, dislocando gli HUB nei punti piu’ opportuni e collegandoli con una dorsale in cavo coassiale come sara’ descritto nel primo degli esempi proposti.
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Figura 3.1 Hub con 12 porte per RG45 ed una per coassiale
Sul mercato sono disponibili HUB con porte RJ-45B e BNC a 10 Mbit/sec a partire da 50 Euro e HUB con sole porte RJ-45 a 100 Mbit/sec a partire da 200 Euro. Anche se gli apparati a 100 Mbit posono collegare anche schede a 10 Mbit non e’ di solito una buona politica usare un concentratore per gestire tratte di rete a velocita’ diverse in quanto si creano congestioni che portano tutta la rete a operare alla velocita’ inferiore.
Nonostante tutti i limiti illustrati gli HUB sono gli apparati piu’ efficienti ed economici per realizzare reti con buone prestazioni complessive, soprattutto se utilizzati in opportuna congiunzione con gli switch.
4.3.4 Switch e Bridge.
Lo switch integra la funzione di un hub, ma a differenza di quest’ultimo, che semplicemente rigenera e amplifica il segnale elettrico inviandolo poi su tutte le porte, lo switch memorizza il pacchetto in arrivo, lo analizza per determinare attraverso quale porta raggiungere la destinazione, e quindi lo ritrasmette su quell’unica porta. L’operazione di memorizzare e spedizione dei pacchetti di dati comporta l’introduzione di leggeri ritardi (microsecondi !), ma permette di ritrasmettere i pacchetti alle differenti velocita’, senza apparenti effetti di congestione. Uno switch con due sole porte viene chiamato bridge, e serve a separare il traffico tra tratte di rete o a sincronizzare apparati con velocita’ diverse, come nel caso dell’access point di una rete wireless.
Nel disegno di una LAN dove sono utilizzati anche hub e ripetitori, la presenza di uno switch lungo il percorso tra due stazioni di lavoro, permette di superare il limite di tre ripetitori in cascata (vedi paragrafo precedente) Infatti la rigenerazione dei pacchetti fa’ si’ che, al passaggio da uno switch, possa venire azzerato il conteggio relativo al numero di ripetitori e hub attraversati.
Lo switch possiede una propria logica e memoria interna; quando una nuova macchina, o tratta di rete, viene collegata su una porta lo switch si mette in ascolto e cattura l’indirizzo MAC della scheda di rete collegata attraverso quella porta, creandosi in questo modo una “mappa di raggiungibilita’” per tutti i calcolatori presenti sulla della rete locale.
Ad esempio se sullo switch sono collegati 4 computer: A, B, C e D, ognuno su una differente porta, e il computer A invia un pacchetto per il computer C lo switch individua, attraverso l’indirizzo MAC di C, a quale porta questo e’ fisicamente collegato e crea un percorso temporaneo per inviare il pacchetto direttamente al computer C, non coinvolgendo i computer B e D in questa trasmissione. B e D potranno quindi, nello stesso momento, scambiare dati tra loro.
PER RIZ: Stingi disegno originale
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Figura 3.2 – Esempio di switch con 4 pc connessi e creazione di tabella degli indirizzi MAC |
L’utilizzo di switch nella rete permette di separare il traffico presente sulle varie tratte e quindi di confinare l’occupazione della banda alle sole tratte che sono lungo il percorso fisico che congiunge le stazioni che stanno scambiando dati, migliorando di molto le prestazioni complesive della rete.
Nella figura 3.3 se le macchine A, B, C che sono collegate, attraverso un hub, ad una porta dello switch, qualunque trasmissione tra queste macchine sara’ riconoscuito dallo switch come traffico “locale” e non sara’ propagato verso gli altri calcolatori che si trovano su altre porte.
Se su un hub sono collegate tutte le macchine di un laboratorio, e su un secondo hub tutte le macchine di un secondo laboratorio, collegando i due hub a due porte differenti di uno switch i due laboratori, che genereranno prevalentemente traffico “interno” potranno lavorare senza disturbarsi reciprocamente.
PER RIZ: Stingi disegno originale
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Figura 3.3 – Esempio di switch collegato ad un hub |
Lo stesso risultato si potrebbe ovviamente ottenere utilizzando switch al posto di hub, ma questo implica costi maggiori e non pienamente giustificati. Va’ infatti considerato che lo switch puo’ impedire congestione sulla rete locale, ma cosi’ facendo spesso non fa’ altro che spostare altrove eventuali sovraccarichi. Se infatti tutti i clienti di una LAN fanno simultaneamente una richiesta ad un server, anche se gli switch possono evitare una congestione sulla rete, sara’ il server ad essere sovraccaricato e a rispondere con lentezza; quindi l’uso di hub e switch va’ ottimizzato in funzione dei costi e dei flussi di traffico previsti nelle varie aree della rete. Quindi nel disegno di una rete complessa e’ sempre opportuno valutare le “direttrici principali di traffico” e, quando e’ possibile, concentrarle con hub e tratte su una sola porta dello switch, operando in tal modo il confinamento del traffico.
I costi di uno switch dipendono dal numero di porte, dalla
velocita’, dalla banda passante, dal software di gestione etc e vanno da 250 a 50.000 Euro.
4.3.5 Router
Il router e’ l’apparato che serve per collegare una rete locale alla rete globale Internet, puo’ essere visto come la porta d’accesso alla rete locale o come la frontiera della LAN. Le funzioni del router, che possono essere svolte anche da un server opportunamente configurato, sono quelle di permettere la raggiungibilita’ dei nodi della rete attraverso gli indirizzi IP. Il router e’ collegato alla rete locale attraverso una porta RJ-45, possiede un proprio indirizzo MAC e si comporta rispetto alla rete Ethernet come un qualunque nodo di rete, ma svolge funzioni che sono gia’ state descritte in maggior dettaglio nel capitolo 3.
4.4 Reti wireless
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Le reti wireless rappresentano una valida
alternativa al cablaggio in tutti quei casi in cui non e’ richiesta una
altissima affidabilita’ ed una banda ampia. Non e’ ancora il caso di affidarsi
unicamente a questa tecnologia in un laboratorio con decine di macchine in
quanto il cavo e’ ancora meno costoso e piu’ affidabile, ma per integrare ed
ampliare una rete locale la soluzione wireles e’ sicuramente interessante. Nel
paragrafo 4.5.3 viene presentato un esempio di rete locale estesa attraverso apparati
wireless.
4.5 Progetti di reti scolastiche
In questo paragrafo saranno forniti 4 diversi progetti di LAN scolastiche: una semplice proposta per una piccola rete che copre i laboratori, ed alcuni uffici di una piccola scuola., Due proposte per scuole di media grandezza, la prima basata sul cablaggio strutturato e la seconda su wireless ed infine il progetto per una sede scolastica ubicata su piu’ edifici. In questi esempi si è cercato di proporre soluzioni particolarmente semplici ed economiche
4.5.1 Progetto 1: Piccola rete con dorsale
La figura 3.4 illustra il progetto relativo alla realizzazione di una rete in una piccola scuola in cui si vogliano collegare due laboratori ed alcuni gli uffici ( presidenza, segreteria, biblioteca, sala insegnanti) collocati ad una certa distanti dai laboratori.
In questo caso si e’ scelto di realizare una limitata dorsale (lunghezza massima 200 metri) a 10 Mbit/sec utilizzando un cavo coassiale e di attestare i collegamenti dei computer su hub dislocati rispettivamente nei laboratori ed in uno degli uffici.
Il progetto prevede due soluzioni, che risultano entrambi molto economiche, anche perche’ possono essere realizzate direttamente da tecnici della scuola, magari con l’aiuto di un elettricista di fiducia. Il cavo coassiale sara’ posato in modo tale da raggiungere tutti gli hub che saranno collegato attraverso le porte BNC usando Connettori a T. Agli estremi del cavo coassiale saranno posti i terminatori da 50 Hom. Ad ogni hub potranno essere collegati fino a 16 stazioni di lavoro utilizzando con cavi UTP – RJ-45.
La prima soluzione si basa sulla realizzazione di una rete omogenea a 10 Mbit/sec, sufficiente nei casi in cui non vi sia un grande traffico tra le stazioni di lavoro ed un eventuale server.
Per realizzare la rete e’ necessario dotarsi di tre hub a 10Mbit/sec ed installarli, uno per ogni laboratorio ed il terzo nella prossimita’ degli uffici che si vogliono servire.
I costi per la prima soluzione sono i seguenti:
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Apparati Hardware di rete |
Banda in Mbps |
Prezzo unitario |
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3
hub 10 BaseT + BNC 16 porte |
10 |
55 € |
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Totale * |
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165 € |
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* Costo totale dell’hardware di rete
escludendo schede di rete per PC, cavi ecc. |
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Figura 3.4 - Esempio 1 Scuola piccola con due laboratori PC, gli uffici amministrativi e la presidenza collegati in rete tramite cavo coassiale
Tabella 3.2 - Costi per l’esempio 1 soluzione economica
Nel caso invece si voglia dotare le macchine dei laboratori di una rete piu’ veloce, si possono acquistare due switch a 100Mbit/sec., switch e non hub in questo caso, per isolare il traffico all’interno dei laboratori e non congestionare la piu’ lenta dorsale a 10 Mbit/sec. Si deve mantenere almeno un hub, nell’area dei laboratori, per poter effettuare il collegamento degli switch alla dorsale secondo il seguente schema: PER RIZ: I due switch collegati all’HAB ! (piu’ elegante)
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Il costo di questa soluzione, che vede una rete estesa a 10Mbit/sec con le macchine dei laboratori collegate tra loro a 100Mbit/sec sono i seguenti:
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Apparati Hardware di rete |
Banda in Mbps |
Prezzo unitario |
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2 hub 10 BaseT + BNC 4
porte |
10 |
55 € |
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2 switch 100 BaseT 16 porte |
100 |
520 € |
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Totale * |
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1150 € |
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* Costo totale dell’hardware di rete
escludendo schede di rete per PC, cavi ecc. |
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Tabella 3.3 Costi per l’esempio 1 soluzione più onerosa
4.5.2
Progetto 2: Rete cablata di medie dimensioni
Nel secondo esempio si prende in esame il caso di una scuola di medie dimensioni in cui si voglia realizzare un cablaggio strutturato che raggiunge ogni laboratorio, ufficio e classe. Il posizionamento dell’armadio dipende dalle dimensioni della scuola: il posto piu’ naturale dove porre l’armadio di concentrazione e’ in genere un laboratorio, ma bisogna verificare se dal laboratorio sono raggiungibili tutti i punti, con cavi di lunghezza massima di 100 metri; altrimenti bisogna trovare una sistemazione piu’ centrale. Se anche questa soluzione non e’ sufficiente allora sono necessari 2 o piu’ armadi, soluzione descritta nel quarto progetto.
Questo progetto parte dal presupposto che un solo armadio sia sufficiente per coprire l’intera scuola. La realizzazione contempla il cablaggio di decine di aule e richiede l’intervento di ditte specializzate per la stesura dei cavi e soprattutto per il collegamento delle prese RJ-45 ai cavi UTP (connettorizzazione). La posa dei cavi e delle relative prese da muro e’ il costo maggiore di tutta l’operazione e dipende ovviamente dal numero di punti rete che saranno installati, indicativamente si possono considerare 100-150 euro per punto rete. Per le stazioni di lavoro presenti nei laboratori potra’ essere conveniente avere a disposizione hub locali onde evitare di portare decine di cavi verso l’armadio di concentrazione. In questo caso sara’ sufficiente avere una presa di rete nel laboratorio a cui collegare la porta di uplink dell’hub. PER RIZ: Stingi disegno originale
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Figura 3.6 - Esempio 2 scuola di media grandezza con cablaggio strutturato |
Il cablaggio strutturato permette altresi’ di predisporre tutte le prese di rete della scuola senza necessariamente attivarle fin da subito. Quindi nell’armadio dovra’ essere presente almeno uno switch a cui saranno collegati gli hub necessari.
Nelle aule si potra’ utilizzare la presa di rete con un portatile o con un carrello dotato di PC ed apparecchiature multimediali che funge da stazione mobile per le lezioni. Bisognera’ ricordare di attivare la porta di rete, relativa all’aula, nell’armadio di concentrazione ogni volta che si intende utilizzarla.
Volendo stimare il costo dell’armadio e delle apparecchiature, considerando che si potrebbero realizzate 64 prese di rete e che ci si dotera’ di apparati attivi a 10 e 100 Mbit/sec, in particolare di uno switch a 8 porte e di 3 hub 10/100 16 porte. (uno per ogni laboratorio, ed un terzo per collegare in modo permanente alcuni uffici e, a richiesta, le singole aule).
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Apparati Hardware di rete |
Banda in Mbps |
Prezzo unitario |
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1 box a muro con porta
in vetro per 6 unità |
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180 € |
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2 Pannelli 16 prese
RJ-45 |
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90 € |
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1 switch 8 porte RJ45 |
10/100 |
400 € |
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3 hub 100 BaseT 16 porte RJ45 |
10/100 |
250 € |
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Totale * |
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1690 € |
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* Costo totale
dell’hardware di rete escludendo schede di rete per PC, cavi, prese a muro |
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Tabella 3.4 - Costi per l’esempio 2
Per Riz: schema di uno switch con 3 hub attaccati
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Figura 3.7 - Schema d’installazione dei due switch e dei due hub |
4.5.3 Progetto
2: Soluzione con Wireless
Il
nostro terzo progetto si riferisce alla stessa situazione dell’ esempio
precedente, ma in questo caso si fara’ uso di una soluzione wireless anziche’
di cablaggio strutturato. In particolare si porranno due apparati attivi nei
laboratori: (un hub ed uno switch) mente si stendera’ un solo cavo UTP fino ad
una posizione che risultera’ sufficientemente centrale per porre un “access
point” in grado di coprire la zona aule e uffici.
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Figura 3.8 - Esempio 3 scuola di media grandezza con LAN costruita con onde wireless
Nei laboratori si manterra’ il collegamento tradizionale con hub e/o switch in quanto il collegamento in rame garantisce una maggiore banda ed affidabilita’. Negli uffici ci si dotera’ di shede di rete via radio, e le stesse schede saranno utilizzate per i portatili o i “carrelli multimediali” che vengono portati nelle aule.
Gli apparati attivi quindi consistono di un hub, uno switch, dell’access point e di alcune schede radio per le stazioni di lavoro degli uffici e del carrello multimediale
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Apparati
Hardware di rete |
Banda
in Mbps |
Prezzo
unitario in lire |
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1 switch 100 BaseT 16 porte RJ45 |
100 |
520 € |
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1 hub 100 BaseT 16 porte RJ45 |
100 |
250 € |
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1 Access Point |
11 |
500 € |
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4 schede di rete
wireless3 |
11 |
400 € |
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Totale * |
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1670 € |
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* Costo totale dell’hardware di rete escludendo schede di rete per
PC, cavi ecc. |
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Tabella 3.5 - Costi per esempio 3
4.5.4
Progetto 4: Rete estesa con fibra ottica
In questo ultimo caso è stata presa in considerazione una scuola costituita da due differenti edifici, quindi con l’esigenza di creare due sottoreti, una per ogni edificio, collegate tra loro attraverso fibra ottica. All’interno degli edifici possono essere realizzate le soluzioni presentate nelle pagine precedenti, mentre le reti dei due edifici andrebbero collegate tra loro attraverso dei transceiver ottici attestati sugli switch come descritto nella figura XXX
Quindi alla lista degli apparati attivi necessari per realizzare la rete nei singoli edifici andrebbero ad aggiungersi i costi dei transceaver ottici, che costano circa 200 euro l’uno.
Anche in questo caso pero’ e’ il costo della posa della fibra ottica che puo’ rappresentare il costo maggiore, soprattutto se non sono gia’ disponibili canalette e pozzetti accfessibili e si e’ costretti a scavare. Il costo della fibra e’ trascurabile (pochi euro al metro) mentre la connettorizzazione delle fibre, operazione delicata che richiede una speciale attrezzatura, puo’ costare centinaia di euro per ogni singola fibra
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Figura 3.9 - Esempio 4 scuola con due edifici collegati da fibra ottica
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Figura 3.10 Collegamenti all’interno dell’armadio di permutazione
PER RIZ: Stingi disegno originale
In questo esempio abbiamo voluto presentare il caso di una scuola organizzata su piu’ edifici, ma la stessa soluzione, puo’ essere adottata ogni qual volta ci si vede costretti a collegare armadi di concentrazione, oppure singoli apparati, che non possono essere raggiunti da un cavo UTP il cui limite in lunghezza e’ di 100 metri. I differenti tipi di fibre disponibili sul mercato possono operare di lunghezza che vanno da 400 a 20.000 metri, permettendo di risolvere praticamente tutti i problemi che una scuola puo’ incontrare.
4.6 Azioni
Disporre di una rete locale in una sede scolstica diventa una esigenza non appena sono presenti 4-5 macchine, e rappresenta la condizione necessaria per sfruttare al meglio l’accesso a Internet e per utilizzare un eventuale server locale.
E’ opportuno cominciare a provare le funzionalita’ di una rete appena possibile, per prendere confidenza con la logica ed i concetti che stanno alla base della trasmissione dati e della condivisione di risorse.
Non e’ piu’ concepibile un laboratorio, dove i computer presenti, non siano collegati tra loro attraverso una rete. Collegare tra loro le macchine di un laboratorio e realizzare una semplice rete locale che comprende biblioteca, sala insegnanti, segreteria didattica e’ alla portata tecnica ed economica di qualunque sede scolastica. Anche una rete realizzata con apparati da 10Mbit/sec, permette di fare un salto organizzativo notevole ed e’ in grado di soddisfare le esigenze telematiche di una scuola elementare o media. Nei laboratori con decine di macchine la scelta della rete a 100 Mbit/sec e’ da preferirsi, ma non e’ tecnicamente obbligata.
Gli Enti locali devono impegnarsi ad intervenire pianificando la realizzazione dei cablaggi ogni qual volta vengono effetuate manutenzioni straordinarie o messa a norma degli impianti delle sedi scolastiche. Il cablaggio strutturato va’ oggi considerato al pari dell’impianto elettrico, i costi risultano molto contenuti se realizzati contemporaneamente ad altri interventi.
La rete locale di una sede scolastica non e’ necessariamente limitata all’edificio, collegare tra loro sedi diverse della scuola, attrraverso linee dedicate o ponti radio puo’ permettere di estendere la LAN a tutta la scuola, mettendo a disposizione ovunque i servizi realizzati (segreteria, direzione, biblioteca etc).