Rete Domestica Intelligente (1)

Le reti di computer sono costituite da diversi dispositivi, tecnologie e protocolli che lavorano insieme.
In questo guida o tutorial analizzeremo come i computer comunicano su una rete TCP/IP.
Questo tutorial è rivolto a coloro che hanno bisogno di apprendere le nozioni di base sul funzionamento delle reti e illustreremo come i vari componenti di una rete si incastrano in modo da poter configurare una piccola rete per la casa o l'ufficio .

Affinché due computer possano comunicare tra loro, necessitano di:

• Essere connessi via cavo o wireless, questo è noto come il supporto di connessione.
• Utilizzare lo stesso linguaggio, in Networking questo è noto come protocollo .
• Possedere un indirizzo univoco.

 Collegare i computer insieme

Le prime reti di computer utilizzavano il cavo per collegare i computer insieme in una rete cablata.
La maggior parte delle reti odierne moderne utilizza il wireless (wi-Fi) come mezzo di connessione principale e le reti tendono ad essere un mix di rete cablata e wireless.

Il diagramma seguente mostra una esempio di rete Ethernet cablata. Per funzionare, ogni dispositivo deve essere collegato a uno switch Ethernet o router, e sono collegati logicamente tra loro.

In una rete Wireless i dispositivi devono connettersi a un punto di accesso wired come mostrato nel diagramma seguente, solitamente un Access Point o router wireless, e consente ai dispositivi connessi in modalità wireless di connettersi alla rete Ethernet cablata.

Indirizzamento Ethernet

Per poter comunicare tra loro, ogni computer deve avere un indirizzo univoco . Questo indirizzo è chiamato MAC (Media Access Control Address) ed è integrato nella scheda di rete. L'indirizzo viene spesso chiamato anche indirizzo fisico e indirizzo Ethernet, é lungo 48 bit ed è rilasciato dal produttore, ovvero non può essere modificato.
Viene visualizzato da 6 numeri esadecimali separati da due punti, ad es 00:01:8D:34:10:F1

Collegamenti e reti

Ethernet è un protocollo di collegamento dati conosciuto anche come protocollo di livello 2 sui modelli di rete OSI e TCP/IP. È possibile che i computer parlino tra loro utilizzando solo Ethernet e senza protocollo di rete, ma non è pratico. 
Per semplificare il funzionamento possiamo paragonare un link a una strada, le strade hanno case e le case hanno numeri. Un collegamento Ethernet può essere paragonato alla strada, il computer alle case che a loro volta hanno numeri (Ethernet, indirizzo Mac o indirizzo fisico). 
I router dividono i collegamenti Ethernet in reti.

Protocolli di rete

Tutte le reti moderne (casa, ufficio, azienda e Internet) utilizzano i protocolli di rete TCP/IP. Il protocollo di rete dispone anche di indirizzi (indirizzo IP) e questi indirizzi non sono fissi ma assegnati da un amministratore di rete o automaticamente utilizzando un servizio chiamato DHCP (protocollo di configurazione host dinamico), l'assegnazione dell'indirizzo IP in una rete viene assegnato solitamente dal Router.

Trasmissioni Ethernet, domini di trasmissione e collisioni

Per inviare un messaggio a tutti i computer su una rete Ethernet viene utilizzato un indirizzo broadcast , Così definito FF:FF:FF:FF:FF:FF , l' indirizzo MAC di trasmissione é esadecimale.

Il dominio di trasmissione indica la portata effettiva della trasmissione, che può essere limitata inserendo dispositivi di rete di livello 3 (livello IP) come i router .

Una trasmissione sarà ritrasmessa da hub, switch, bridge (livello 2) e ripetitori (livello 1) 

Livello 1 = fisico, ad es. media, cioè dispositivi via cavo = ripetitore

Livello 2 = Data Link = Ethernet - i dispositivi sono hub , switch e bridge

Livello 3 = Rete= Protocollo IP – i dispositivi sono router

Un dominio di collisione è la sezione di una rete in cui i pacchetti possono entrare in collisione e interferire tra loro. I dispositivi di rete (Hub e switch) che funzionano al livello 2 (livello di collegamento dati) possono creare domini di collisione separati . Anche se bridge e switch dividono una rete in domini di collisione separati , i computer fanno ancora parte dello stesso dominio di trasmissione .

Questo è mostrato nel diagramma sottostante.

I dispositivi a sinistra del bridge/switch possono comunicare tra loro e non influiscono sui dispositivi a destra dello switch e viceversa. Tuttavia, una trasmissione sarà vista dai dispositivi su entrambi i lati dello switch.

Bridge, Switch e Hub

Bridge e switch svolgono funzioni molto simili e oggi si possono acquistare solo switch. I bridge sono stati utilizzati per unire segmenti di rete, ad esempio da LAN a LAN, mentre commutano i dispositivi collegati. 
Gli hub funzionano a livello fisico e un tempo erano il meccanismo principale per collegare i computer tra loro, Gli hub non creano un dominio di collisione separato, ma ripetono semplicemente i pacchetti. Con l'evoluzione delle reti questi sono stati sostituiti dagli switch.

Frame di dati e pacchetti

I dati vengono trasferiti tra computer in frame di dati o pacchetti. Il termine frame viene utilizzato per le unità di dati a livello di collegamento dati e il termine pacchetto per le unità di dati a livello di rete . 

Il frame di dati contiene dati e informazioni sulla gestione del frame.

Per comprendere meglio il concetto utilizzato per descrivere i frame di dati possiamo pensare ad una lettera e alla busta, La lettera è il dato che viene inserito all'interno di una busta che contiene le informazioni di indirizzo.

La busta contenente i dati (lettera) può essere semplicemente inserita in un'altra busta e così via. Il protocollo Ethernet però da solo non è sufficiente per far comunicare due nodi su una rete Ethernet, per questo non viene utilizzato da solo. Il Protocollo Ethernet infatti rappresenta ciò che è noto come protocollo di collegamento dati e per il networking abbiamo bisogno di un protocollo di rete che nel nostro caso è il protocollo IP (protocollo Internet).

Anche in questo caso il protocollo IP non viene utilizzato da solo, ma come parte di una suite di protocolli chiamata TCP/IP . Il protocollo IP contiene gli indirizzi IP importanti, utilizzati per collegare i computer tra loro su Internet e nelle reti locali. 

Indirizzi IP

Ogni dispositivo collegato alla rete domestica ha un indirizzo IP, ma cos'è un indirizzo IP? e perché è necessario? 
L' indirizzo IP è per noi l'indirizzo più importante, in quanto è un indirizzo logico, cioè assegnato da noi, e può essere modificato. Le reti attuali utilizzano indirizzi IPv4 . Gli indirizzi IPv6 sono attualmente in uso per indirizzi introdotti, ma è improbabile che abbiano un impatto sulle reti domestiche/di piccoli uffici per un certo numero di anni.

L' indirizzo IP (IPv4) è un indirizzo a 32 bit ed è scritto in questo modo: 192.168.0.1

L'indirizzo ha quattro componenti, ogni componente è separato da un punto(.). Per le reti domestiche/di piccoli uffici non è molto importante comprendere le diverse classi di indirizzi (a, b, c, d ecc.) o gli aspetti tecnici della sottorete poiché gli indirizzi IP vengono generalmente assegnati automaticamente. Durante la risoluzione dei problemi di rete, dovrai essere in grado di identificare gli indirizzi di rete, se un dispositivo ne ha uno e se tale indirizzo è valido. 
Poiché le reti domestiche/di piccoli uffici utilizzano un dispositivo chiamato router NAT ), gli indirizzi IP utilizzati su quasi tutte le reti domestiche sono indirizzi IP non indirizzabili che iniziano con 192 . L' indirizzo IP viene assegnato automaticamente da un server DHCP che fa parte del router NAT. 

I problemi sorgono quando i client non sono in grado di ottenere un indirizzo IP dal server DHCP a causa di problemi di rete/router. Se un client non riesce a ottenere un indirizzo IP, alcuni client assegneranno automaticamente un indirizzo IP da un intervallo riservato 169.254.0.0-169.254.255.255 o semplicemente avere un indirizzo IP di 0.0.0.0.
In entrambi i casi è improbabile che funzioni correttamente perché i client con un indirizzo 192. si trovano su una rete diversa dai client con un indirizzo 168., anche se possono trovarsi uno accanto all'altro sullo stesso cavo fisico. 
Nella nostra analogia stradale pensano di trovarsi su strade diverse.

Trovare il tuo indirizzo IP

Per trovare l'indirizzo IP su un computer Windows utilizzando ipconfig, aprire una riga di comando (prompt dos) e digitare il comando ipconfig/all .  Fare clic su start>esegui e immettere cmd nella casella di testo per aprire un prompt dei comandi.

Indirizzi IP, Indirizzi Mac e ARP

Per inviare un pacchetto IP a un dispositivo di rete, il mittente deve conoscere l'indirizzo IP del dispositivo di destinazione. L'indirizzo IP verrà utilizzato per portare il pacchetto di dati al segmento di rete finale. Per consegnare il pacchetto alla destinazione finale è necessario conoscere l' indirizzo MAC del computer di destinazione. 

In questo caso viene utilizzato un protocollo noto come Protocollo ARP (Address Resolution Protocol), che utilizza una trasmissione Ethernet per interrogare i nodi sulla rete.
In una rete per inviare un pacchetto da un dispositivo ad un altro il protocollo ARP esegue la seguente interrogazione : 
Quale nodo ha l'indirizzo IP (indirizzo IP di destinazione). Mandami il tuo indirizzo MAC. 
Tutti i nodi vedono la query ma solo il nodo con l'indirizzo IP di destinazione risponde.

Reti IP

I computer e altri dispositivi possono essere raggruppati in reti. Nel mondo reale è lo stesso che le case sono raggruppate in strade. Ogni rete avrà un numero di rete univoco e sarà lo stesso per tutti i computer/dispositivi su quella rete. Per separare i dispositivi in ​​reti è necessario un router. 
Sulle reti domestiche/di piccoli uffici è solitamente presente un solo router e collega la rete domestica a Internet. Tutti i computer/dispositivi sulla rete domestica avranno lo stesso numero di rete. I numeri di rete fanno parte dell'indirizzo IP.

Quindi, quando guardi un indirizzo IP, quello che vedi è un numero con due componenti. Un componente di rete e un componente di nodo

È compito della Subnet mask suddividere l'indirizzo IP nel componente di rete e nel componente Node (indirizzo del dispositivo).

Se partiamo da un indirizzo IP di 192.168.1.23 e una maschera di sottorete di 255.255.255.0 per trovare l'indirizzo di rete si esegue un AND logico dei due numeri.

Ciò fornisce un numero di rete di 192.168.1.0 e un numero di nodo  0.0.0.69.

Per verificare usa le semplici regole AND

0 AND 0=0
0 AND 1=0
1 AND 0=0
1 AND 1=1
Quindi numero AND logico con 255 (tutti 1) = il numero

E numero logico AND con 0 (tutti gli 0) = 0

IPv6

Il protocollo IPv4 è usato nulla maggior parte delle reti oggi, ma viene lentamente sostituito da IPv6. Per chi è nuovo al networking IPv4 è il punto da cui dovresti iniziare e, una volta acquisita familiarità con esso, potresti considerare di dare un'occhiata a IPv6 .