Le reti geografiche

Una WAN è una rete che il cui compito è fondamentalmente quello di interconnettere LAN o singoli host separati da distanze geografiche. Diversamente dalle LAN, per realizzare una rete geografica è necessario affidarsi a un ISP (Internet Service Provider) che fornisce i servizi di connessione a livello fisico e data-link. 

In figura è illustrata una WAN tipica e i dispositivi tipici di questo tipo di rete

Una WAN permette di collegare per esempio un' ufficio o filiale posto in un'altra città all'ufficio centrale di una grande azienda, un utente remoto col suo portatile, un impiegato dal computer di casa (teleworker). Nella figura seguente è illustrato il tipico scenario di una WAN

Nelle reti geografiche comprendono una serie di importanti componenti (vedi figura sotto)

• Service Provider Equipment, le apparecchiature installate presso l'ISP 
  
• CPE (Customer Premises Equipment) : sono le apparecchiature istallate presso il cliente (subscriber) che consentono a questo di connettersi con l'ISP. Possono essere di proprietà del cliente o utilizzate in leasing.  
  
• Local Loop, il circuito che collega il cliente al primo CO (Central Office) dell'ISP.  Determina il punto di demarcazione fra il cliente (subscriber) e l'ISP 

• DCE (Data Circuit Equipment), il dispositivo che interfaccia il cliente con l'ISP, inviando o ricevendo dati sul local loop 
  
• il DTE (Data Terminal Equipment), il dispositivo che invia (riceve) dati al DCE (dal DCE).   

I dispositivi generalmente utilizzati nelle WAN sono:

Modem , convertono segnali analogici in segnali digitali in una banda opportuna. Distinguiamo i modem 56K che  operano nella banda vocale e i modem DSL che lavorano su bande ad alta frequenza.  

CSU/DSU, Channel Service Unit/Data Service Unit, dispositivi che collegano linee seriali E1 (fino a 2048 Mbps) e E3 (fino a 34.368 Mbps)

Access Server : permettono l'accesso remoto simultaneo di numerosi utenti 

Wan Switch: switch multiporta utilizzati all'interno delle reti geografiche dai vari Service Provider (per esempio quelli usati all'interno della rete telefonica). Da non confondere con gli switches adoperati dentro le LAN  

Router: connettono la rete del cliente alla rete dell'ISP. Le porte del router indipendentemente dal tipo di collegamento devono essere collegate al POP  (Point Of Presence) locale del Provider.

Tecnologie WAN

Le WAN  utilizzano tecnologie di vario tipo, catalogabili come segue: 

• a commutazione di circuito (circuit switched ). Viene creato un collegamento fisico fra i due utenti, che permane per tutta la durata della comunicazione. Questa tecnologia tiene occupata la banda fino a quando la connessione è tenuta attiva, compresi gli eventuali tempi morti, pertanto non è molto conveniente per il traffico a "burst", tipico delle comunicazioni dati su Internet. I percorsi interni della rete vengono condivisi fra più utenti mediante la tecnica TDM. Esempi:
  
  • rete telefonica (PSTN: Public Switched Telephone Network)   
    • Essa costituisce una parte dell'infrastruttura di comunicazione su cui operano le WAN 
    • Mezzo trasmissivo tipico: il doppino in rame
      
  • ISDN (Integrated Service Digital Network ) a banda stretta 
    • storicamente è stato il primo servizio dial-up completamente digitale
    • fornisce un servizio integrato voce/dati fonia a bassa velocità su un unico canale
    • la larghezza di banda massima  va da 128 kbps ( BRI, Basic Rate Interface) a  circa  3 Mbps (PRI , Primary Rate Interface)
    • mezzo trasmissivo tipico: il doppino in rame 

• A commutazione di pacchetto (packet switched). Non viene assegnato alcun circuito fisico, ma i pacchetti, vengono instradati su canali condivisi che possono essere diversi di volta in volta. E' compito eventualmente del nodo finale riassemblare e riordinare i pacchetti nella giusta successione. Una rete a commutazione di pacchetto tiene occupata la banda solo quando serve. Il percorso viene determinato secondo due modalità: connectionless,  in cui ogni pacchetto contiene l'idirizzo di destinazione e connection oriented, tipica di X.25 o Frame Relay  in cui il percorso è predeterminato e i pacchetti contengono solo un identificatore che permette agli switch di inoltrarlo immediatamente. Il circuito predefinito prende il nome di Circuito Virtuale e le reti vengono denominate a commutazione di circuito virtuale (SVC: Switched Virtual Circuit)
  
• A commutazione di cella (cell switched). Sono SVC a larga banda in grado di fornire servizi ad alta velocità come la videoconferenza. Queste reti utilizzano frammentano i pacchetti in ingresso in pacchetti  di piccole dimensioni. Esempio tipico ATM che utilizza pacchetti di  53 byte.

Rete UUNET

Rete SEABONE

L'interconnessione di reti di computer attraverso una rete geografica prende il nome di internetworking e  si realizza tipicamente mediante dispositivi dedicati, i router, il cui compito è quello instradare i pacchetti da un nodo sorgente cercando di farli arrivare al nodo di destinazione.

Nelle WAN, i livelli superiori ai primi due OSI, sono occupati praticamente dall'architettura TCP/IP che, pur essendo proprietaria, è ormai lo standard di fatto adottato universalmente (o quasi).   

L'accesso ad una rete geografica può essere privato o pubblico

L'accesso privato utilizza linee dedicate, reti a commutazioni di pacchetto (Frame Relay, ATM) o di circuito ( Rete telefonica, ISDN). L'accesso pubblico utilizza Internet (VPN, xDSL).   

La rete telefonica

La connessione  fra due computer remoti è resa possibile dall'infrastruttura di rete interposta fra le due macchine. Una parte importante di questa infrastruttura è rappresentata dalla  rete telefonica (PSTN: Public Switched Telephone Network).

La rete telefonica è una rete di comunicazioni organizzata gerarchicamente in uffici locali (local loop),  settori, distretti, compartimenti. Ogni settore è gestito da una centrale (centrale di settore) che fa da  centro stella per un insieme di uffici locali. A loro volta i settori sono collegati con la stessa topologia a stella ai distretti. A partire dai distretti la topologia cambia:  le centrali di distretto e quelle di compartimento sono connesse con topologia a reticolo, cioè sono collegate tutte l'una con l'altra. Infine le centrali di compartimento sono collegate tutte alla Centrale Nazionale.

La rete telefonica è stata nel corso degli anni completamente digitalizzata (mezzi trasmissivi: doppino e fibra ottica) ad eccezione dell'ultimo tratto che è stato mantenuto analogico.  Il segnale analogico viene convertito in digitale nella centrale locale utilizzando la tecnica PCM. Il segnale viene campionato con valori a 8 bit (in USA 7 bit) ad intervalli di 125 msec. Questo perchè in base al teorema di Nyquist si deve campionare ad una frequenza doppia della banda del canale, cioè 8Khz (il doppio della banda telefonica che è 4Khz). Pertanto vengono estratti 8000 campioni al secondo che corrispondono ad un tempo di campionamento di 125  msec. Essendo il campione lungo 8 bit avremo una velocità di trasmissione di 8x8000 bps=64Kbps.

La rete telefonica utilizza il multiplexing dei dati per trasmettere, questo allo scopo di inviare su un canale più dati provenienti da sorgenti diverse contemporaneamente. La tecnica usata è la TDM (Time Division Multiplexing).

I canali telefonici digitali in multiplexing seguono standard diversi in USA e in Europa. In USA abbiamo DSH, in Europa  abbiamo il CEPT (Conference of European Posts and Telecommunications Administrators). Questi standard stabiliscono i mezzi trasmissivi, la velocità di trasmissione, il formato dei frame e gli schemi di multiplexing. Lo standard europeo ha dato luogo al cosiddetto sistema E, che prevede 2 tipologie: E1, E3.

La linea E1 comprende 30 canali da 64kbps per un totale di 2,048 Mbps. (i canali dovrebbero essere 32 ma due sono utilizzati per il sincronismo e le informazioni di controllo).
La linea E3 combina 30 flussi E1 ad una velocità di 34,368 bps

Le linee E1 ed E3 possono essere affittate nel caso si richieda un collegamento permanente fra due sedi di un'organizzazione. Hanno lo svantaggio di essere molto costose e oggi si preferisce la tecnologia VPN.