Il livello fisico

Nella pagina iniziale di questo percorso, quella dedicata alle reti che collegano i computer, abbiamo disegnato la mappa d'insieme, distinguendo cinque piani sovrapposti che lavorano in catena, dal livello applicativo dei programmi fino al livello fisico dei fili e delle onde, promettendo di visitare quei piani uno alla volta scendendo la scala con calma. Questa pagina mantiene la promessa e si siede sul gradino più basso, quello da cui tutto comincia e senza il quale i piani superiori resterebbero idee senza corpo, perché nessuna applicazione e nessun pacchetto possono raggiungere l'altra parte del mondo se prima qualcosa, qui sotto, accetta dei bit e li trasforma in segnali capaci di viaggiare su un mezzo vero.

La nostra guida resta il libro Reti di calcolatori di Andrew S. Tanenbaum e David Wetherall, il cui capitolo sul livello fisico apre la parte pratica dell'opera con una lezione tanto semplice quanto facile da dimenticare, e cioè che la rete, per quanto immateriale sembri, poggia sempre su qualcosa di tangibile, su un filo di rame, su un sottile filamento di vetro, su un'onda che attraversa i muri, e tutto il mestiere di questo piano consiste nel prendere una sfilza di bit e dar loro un corpo fisico con cui attraversare lo spazio fino a un'altra macchina.

Per capire che cosa significhi dare un corpo a un bit immagina una lettera scritta con cura per una persona lontana, perché il testo stampato sul foglio, per quanto ricco di senso, non si muove da solo, e quando tu lo leggi ad alta voce i segni neri diventano suoni che attraversano l'aria e ricostruiscono nella testa di chi ascolta le parole originali. Il livello fisico fa esattamente questo mestiere con i bit, prende simboli astratti custoditi nella memoria del computer e li traduce in variazioni fisiche di una grandezza misurabile, una tensione elettrica su un filo di rame, l'intensità di una luce dentro una fibra, l'ampiezza di un'onda radio nell'aria, e al capo opposto del percorso un ricevitore ascolta quei segnali e li ritraduce in bit, esattamente come l'orecchio di chi ascolta ritrasforma i suoni in parole.

Prima di addentrarci nei mezzi conviene fissare il quadro completo del mestiere, e cioè che questo livello definisce le interfacce elettriche, le temporizzazioni e tutti gli accordi fisici necessari a spedire bit su un canale, distinguendo anzitutto i mezzi guidati, dove il segnale viaggia imprigionato dentro un conduttore come il rame o la fibra ottica, dai mezzi non guidati, dove il segnale si irradia libero nell'aria sotto forma di onde elettromagnetiche, e ogni mezzo candidato a collegare due macchine offre un compromesso fra larghezza di banda, ritardo di propagazione, costo di installazione e facilità di manutenzione, quattro voci che i progettisti pesano con la cura con cui un artigiano sceglie il legno per un mobile destinato a durare.

Il mezzo guidato più vecchio, più umile e più diffuso è il doppino telefonico, fatto di due sottili fili di rame rivestiti di plastica isolante e attorcigliati l'uno attorno all'altro a formare una spirale che ricorda la doppia elica del DNA, e l'intreccio, che a prima vista sembra solo un modo tenace di tenere uniti i fili, nasconde un motivo fisico preciso, perché due fili paralleli e lunghi formano un'antenna eccellente che irradia e raccoglie disturbi, mentre nei fili avvolti l'onda emessa da una spira viene cancellata dall'onda della spira vicina e il cavo diventa schivo e silenzioso. Il segnale viaggia come differenza di tensione fra i due conduttori, un trucco che rende la ricezione quasi immune dai disturbi esterni, che colpiscono entrambi i fili allo stesso modo, ed è una storia di umiltà premiata, perché quel cavo era nato per portare la voce dei telefoni e quando le reti locali cercarono un mezzo economico da infilare nei controsoffitti degli uffici fu proprio lui a offrirsi per il nuovo mestiere, purché migliorato, e la risposta fu la categoria cinque, detta Cat 5, quattro coppie intrecciate raggruppate in una guaina dove ogni coppia riceve più torsioni al metro rispetto ai vecchi cavi di categoria tre, così le chiacchiere elettriche fra coppie vicine, il diafonia che gli addetti chiamano crosstalk, si riducono e il segnale regge distanze e velocità maggiori, mentre la categoria sette aggiunge schermature metalliche attorno a ogni coppia e attorno al cavo intero, come ai cavi corazzati che IBM proponeva già negli anni ottanta.

Il secondo mezzo guidato degno di una pagina è il cavo coassiale, nato e cresciuto in casa della televisione, dove doveva portare segnali per chilometri senza lasciarsi intimidire dai disturbi, e la sua costruzione lo tradisce subito, perché al centro trovi un'anima rigida di rame che conduce il segnale, attorno un materiale isolante, poi una calza esterna di tessuto metallico intrecciato che funziona da gabbia schermante, e infine la guaina plastica, il tutto organizzato a strati concentrici che danno il nome al cavo e che proteggono il segnale molto meglio del semplice intreccio del doppino. Esistono due famiglie, il cavo da cinquanta ohm, preferito per la trasmissione digitale fin dall'inizio, e il cavo da settantacinque ohm, diventato lo standard della televisione via cavo, distinzione nata più per ragioni storiche che tecniche, e la sua larghezza di banda arriva oggi a qualche gigahertz, il che spiega perché la fibra l'abbia spodestato sulle arterie interurbane, mentre nelle case continui a vederlo uscire dal muro con la televisione e con Internet.

Il terzo mezzo guidato è il più giovane, il più capace e forse il più poetico, ed è la fibra ottica, un filamento di vetro così sottile che una trentina di fibre stanno nello spessore di un capello e pur così puro che, se gli oceani fossero fatti di quel vetro, osserva il libro, dal pelo dell'onda si vedrebbe il fondale come dalla finestra di un aereo in giornata limpida. Il cuore della magia è la riflessione totale, il fenomeno che hai già incontrato nel modulo di radiotecnica guardando la luce piegarsi e rimbalzare, perché quando un raggio che viaggia nel vetro incontra il confine con il rivestimento esterno, e arriva con un angolo superiore al valore critico, invece di uscire viene interamente riflesso dentro, e allora la luce resta imprigionata nel cuore della fibra e viaggia rimbalzando da parete a parete come in un gioco di specchi senza fine, uno specchio a cattedrale dove un raggio continuerebbe a raccontare la sua strada per sempre se lo specchio fosse perfetto.

Nel cuore di vetro la luce può viaggiare secondo più modi, più strade rimbalzanti diverse, e la fibra che li accetta tutti si dice multimodale, più economica e adatta a distanze modeste, mentre restringendo il cuore fino a poche lunghezze d'onda la luce smette di rimbalzare e procede dritta come in una guida, dando la fibra monomodale, più costosa ma capace di cento gigabit al secondo per cento chilometri senza un solo ripetitore. Ai due capi stanno una sorgente, un diodo luminoso economico oppure un laser più deciso, e un rivelatore, un fotodiodo che restituisce impulsi elettrici quando la luce lo colpisce, e lungo il cammino la luce perde comunque energia, per assorbimento del vetro, per dispersione che allunga e smaglia gli impulsi, tanto che gli ingegneri misurano la caduta in decibel per chilometro e scelgono con cura le finestre di trasmissione, le bande dove il vetro quasi non assorbe.

Per collegare due pezzi di fibra esistono tre modi, e ciascuno insegna un mestiere, perché il primo usa connettori che si infilano nelle prese e fanno perdere dal dieci al venti per cento della luce ma lasciano la rete rimodellabile in pochi minuti, il secondo usa giunzioni meccaniche dove le due estremità tagliate con cura vengono accostate in un manicotto e bloccate, con un tecnico esperto che ci impiega circa cinque minuti e ottiene una perdita intorno al dieci per cento, e il terzo, il più fedele, fonde i due capi sciolti fino a farli diventare un unico pezzo continuo, quasi indistinguibile dalla fibra nata intera. Contro il rame la fibra vince quasi su tutta la linea, porta larghezze di banda enormemente maggiori, chiede un ripetitore ogni cinquanta chilometri anziché ogni cinque, ride delle scariche elettriche e delle interferenze, pesa cento volte meno di un fascio di doppini con la stessa capacità, e non perde luce fuori dal percorso, il che la rende ostica da intercettare per chi volesse origliare, e le sue spine restano tre, competenze raffinate, fragilità di fronte a pieghe troppo strette, e interfacce ancora più care di quelle elettriche, ragioni per cui il rame vive ancora negli ultimi metri delle case, anche se la marcia della luce è inesorabile.

Detto questo dei mezzi chiusi dentro un conduttore, apriamo la porta e usciamo all'aria aperta, dove i segnali viaggiano liberi come voci in una piazza, e il teatro di questa libertà è lo spettro elettromagnetico, la famiglia di tutte le onde che nascono quando gli elettroni si muovono, previste dal fisico James Clerk Maxwell nel 1865 e osservate per la prima volta da Heinrich Hertz nel 1887. Onda radio, microonda e infrarosso sono nomi di regioni diverse dello stesso spettro continuo, ordinate dalla frequenza, cioè dal numero di oscillazioni al secondo misurato in hertz, o dalla lunghezza d'onda, la distanza fra due creste consecutive, legate dalla regola che il loro prodotto vale la velocità della luce, e scegliere una banda è come scegliere dove costruire casa, posizione che decide il resto.

La radio propriamente detta è la regione più bassa e più accomodante, facilissima da generare, capace di attraversare i muri degli edifici e di viaggiare lontano, e soprattutto onnidirezionale, cioè diffusa in tutte le direzioni dalla sorgente, il che è comodissimo perché trasmettitore e ricevitore non devono puntarsi l'uno verso l'altro con precisione certosina, ma è anche il suo limite naturale, perché chi trasmette in radio occupa la piazza intera, e tutti gli altri devono condividere lo stesso spazio regolandosi fra loro con garbo. Le abitudini delle onde cambiano con la frequenza, e val la pena fissarle, perché a basse frequenze l'onda segue il profilo curvo del terreno e si lascia ascoltare anche oltre i mille chilometri, le frequenze medie usate dalle radio in modulazione di ampiezza penetrano bene i palazzi, e una legge crudele governa l'attenuazione, perché nella radio la potenza cade con il quadrato della distanza, a differenza dei mezzi guidati dove la perdita cresce regolare col chilometro, e proprio questa capacità di andare lontano rende la radio un bene collettivo da amministrare con attenzione.

Sopra i cento megahertz le onde assumono un carattere nuovo, viaggiano in linea quasi retta, e allora conviene concentrarle come si fa con la luce, con un'antenna parabolica che raccoglie tutta l'energia in un fascio stretto verso l'orizzonte, e da quel momento trasmettitore e ricevitore devono vedersi, torri su torri, con ripetitori ogni qualche decina di chilometri, distanza che cresce con la radice quadrata dell'altezza dei sostegni, tanto che due tralicci da cento metri possono baciarsi a ottanta chilometri di distanza. Per decenni queste microonde furono il cuore della telefonia interurbana, e una compagnia americana costruì il suo impero su catene di torri microonde, successo nato dal fatto che bastava comprare un appezzamento ogni cinquanta chilometri anziché scavare una trincea lungo tutta la strada, mentre oggi la banda intorno ai quattro gigahertz paga il suo prezzo, perché l'acqua della pioggia assorbe quelle onde corte e i collegamenti si spengono quando il temporale li attraversa.

In cima alla scala dei mezzi senza fili, appena sotto la luce visibile, vivono gli infrarossi, quelli dei telecomandi di casa, ondate corte, direzionali, economiche e onestissime dentro una stanza, ma con una caratteristica decisiva, non attraversano gli oggetti solidi, e questa apparente sconfitta si rovescia in vantaggio quando scopri che il telecomando del vicino non potrà mai cambiare canale alla tua televisione e che nessuno fuori dalla stanza può intercettare la tua conversazione, ragione per cui nessun governo chiede licenze per gli infrarossi.

Lo spettro elettromagnetico è un terreno fertile e finito, e come ogni terra finita ha bisogno di un catasto e di un notaio, perché se chiunque potesse trasmettere a qualunque potenza su qualunque frequenza il risultato sarebbe il caos reciproco, e per questo ogni governo assegna le frequenze come appezzamenti di terreno, tenendo per sé radio e televisioni pubbliche, concedendo licenze a telefonia mobile, polizia, marina, navigazione aerea ed esercito, mentre a livello internazionale un organismo delle Nazioni Unite coordina l'assegnazione perché un telefono funzioni in più paesi. Il modo di assegnare le licenze è diventato una pagina di storia economica, passato dai concorsi di eleganza, in cui ogni compagnia raccontava ai funzionari perché servisse meglio il pubblico, alle lotterie, che premiavano talvolta attività fortunati capaci di rivendere l'appezzamento a caro prezzo, fino alle aste al rialzo, con un'asta inglese del 2000 che incassò quaranta miliardi dove se ne attendeva quattro, somma che schiacciò alcuni vincitori sotto montagne di debito.

Accanto alla terra licenziata esiste però un pascolo comune, e il suo nome vale la pena di ricordarlo, perché i governi hanno riservato alcune bande, chiamate ISM dalle iniziali dei loro usi industriali, scientifici e medici, all'uso libero di chiunque, purché si rispettino limiti di potenza e tecniche di diffusione del segnale, ed è proprio qui che pascolano il Wi-Fi, il Bluetooth, i telecomandi dei cancelli e tanti giocattoli radiocomandati. Le due bande che contano di più per noi sono quella dei due virgola quattro gigahertz, libera quasi ovunque nel mondo ma affollata e soggetta alle interferenze dei forni a microonde, e quella dei cinque gigahertz, più larga e meno frequentata, dove il Wi-Fi moderno trova corsie spaziose, e la regola d'oro di questo pascolo è semplice, potrai trasmettere quanto vuoi ma con potenza contenuta, perché la libertà di ciascuno finisce dove comincia la conversazione del vicino.

Arriviamo al cuore artigianale del capitolo, alla domanda che ti sarai già posto da un pezzo, come faccio a far viaggiare un bit sopra un'onda, e la risposta si chiama modulazione, il mestiere di imprimere l'informazione su un'onda detta portante, che è solo un'onda regolare e prevedibile che serve da carta da lettere, e ci sono tre modi fondamentali di scrivere su quella stessa carta, il primo giocando sull'ampiezza, cioè sull'altezza dell'onda, come quando alzi e abbassi la voce per sottolineare, il secondo giocando sulla frequenza, cioè sulla rapidità delle oscillazioni, come quando acceleri il ritmo del discorso, e il terzo giocando sulla fase, cioè sul momento in cui l'onda comincia il suo ciclo, come quando anticipi o ritardi l'attacco di una nota. I tre gesti hanno nomi da catalogo tecnico, modulazione di ampiezza, di frequenza e di fase, e si combinano fra loro con logica da ricettario, perché mettendo insieme ampiezza e fase si ottengono schemi come la modulazione di ampiezza in quadratura, dove i punti possibili del segnale disegnano nel piano una costellazione di sedici o sessantaquattro stelle, e ogni stella trasporta quattro o sei bit dentro un solo istante di segnale, con il prezzo di una fragilità crescente, perché più stelle servono per trasportare più bit e più il rumore può confonderle, e gli ingegneri aggiungono bit di controllo per limitare i danni degli errori.

Prima di lasciare il banco del modulatore conviene separare due misure che i giornali confondono spesso, la velocità dei simboli, cioè quante volte al secondo il segnale cambia veste, e la velocità dei bit, cioè quanti bit viaggiano in ciascun cambio, perché un collegamento può cambiare veste seimila volte al secondo e portare due o quattro bit per ogni cambio, e il vecchio termine baud, eredità dell'era dei modem telefonici, indica proprio i simboli al secondo. Con questa distinzione a posto affrontiamo la prima grande scelta di trasmissione, quella fra banda base e banda traslata, dove la trasmissione in banda base usa il segnale così com'è, con tensioni positive e negative che partono dalla frequenza zero, il modo naturale dei fili metallici corti, mentre la trasmissione in banda traslata sposta l'intero segnale su una fascia di frequenze più alta, come traslocare una famiglia dal pianterreno a un piano alto dello stesso palazzo, un trasloco obbligatorio nella radio, dove le antenne devono avere dimensioni confrontabili con la lunghezza d'onda, ed altresì comodo ovunque si vogliano far convivere segnali distinti, con la buona notizia che la quantità di informazione dipende dalla larghezza della fascia occupata e dal modo in cui il segnale vi si scrive, per cui spostare il segnale in alto cambia indirizzo lasciando intatta la sostanza. Ai due capi servono il modulatore che imbarca i bit sulla portante e il demodulatore che li sbarca, e da qui il nome affettuoso di modem, contrazione di modulatore e demodulatore, la scatoletta che per trent'anni ha cantato i bit dei computer dentro i fili del telefono.

Un mezzo di trasmissione costa tanto da posare e così poco da usare che farlo viaggiare semivuoto è un peccato economico, e l'arte di riempirlo con molte conversazioni insieme si chiama multiplazione, il cui primo capolavoro è la divisione di frequenza, in cui lo spettro del mezzo viene frazionato in fasce e ogni conversazione riceve in esclusiva la sua fascia, come un'autostrada divisa in tante corsie parallele dove ogni veicolo tiene la propria corsia per tutto il viaggio. Le fasce vicine lasciano fra loro una striscia di guardia, una corsia di emergenza vuota che impedisce ai segnali di sconfinarsi, perché i filtri reali hanno bordi morbidi e un segnale troppo energico ai margini della propria corsia finirebbe per mormorare in quella del vicino, e questa tecnica, che nella telefonia storica impacchettava dozzine di voci per cavo, vive oggi dentro la televisione via cavo, dove canali televisivi e traffico dati dividono il coassiale a fette di frequenza.

La seconda forma di multiplazione riparte il tempo anziché lo spettro e si chiama divisione di tempo, dove ogni conversazione riceve il mezzo intero per un turno breve e regolare, una corsia sola percorsa a turni strettissimi da tanti veicoli che sfilano uno dopo l'altro, e poiché i turni si ripetono con orologeria, il ricevitore sa esattamente quando comincia e quando finisce il toccata e fuga di ciascun mittente, una disciplina che nella telefonia classica scandiva la trasmissione in frame di centoventicinque milionesimi di secondo dentro cui ogni chiamata infilava il suo campione di voce. La terza via, figlia del calcolo elettronico, è la divisione ortogonale delle frequenze, in cui il canale viene spartito in tante sottoportanti ravvicinate che si sovrappongono apparentemente ma si lasciano in pace perché ciascuna è calcolata per annullarsi nel centro della vicina, e il Wi-Fi moderno e l'ADSL viaggiano proprio così, spacchettando un flusso veloce in tanti ruscelli lenti che attraversano meglio i punti disturbati del percorso.

Con mezzi, modulazioni e multiplazioni in tasca possiamo affrontare la domanda che chiude il ragionamento, come si decide chi parla con chi e per quanto tempo, e la prima risposta storica è la commutazione di circuito, in cui quando sollevi il telefono la rete cerca e riserva per te un percorso fisico continuo dall'altra parte, tanti pezzi di collegamento uniti fra ufficio e ufficio che ti appartengono per tutta la durata della chiamata, come una stanza segreta che ti viene affittata a tempo, e la scena è comoda e solenne, perché dal momento in cui la connessione è stabilita i tuoi bit scorrono senza fare coda da nessuna parte e il ritardo si riduce al puro tempo di volo del segnale, senza rischio di ingorgo durante la conversazione. Il libro racconta che perfino l'invenzione della commutazione automatica nacque da un conflitto di interessi, con un impresario di pompe funebri del Missouri che, perdendo clienti perché la moglie del rivale era centralinista e deviava le richieste al marito, si inventò il commutatore che eliminava la centralinista.

La seconda risposta è più giovane e porta i vestiti della posta, ed è la commutazione di pacchetto, dove nessuna stanza ti viene riservata, ogni messaggio viene spezzato in pacchetti brevi e ogni pacchetto viaggia per conto proprio, con l'indirizzo cucito addosso, affidandosi a macchine che lo accolgono, lo memorizzano un istante e lo rispediscono verso il prossimo scalo, esattamente come una lettera che affidi alle poste senza sapere per quale strada passerà e fidandoti che arrivi comunque. I pacchetti di una stessa conversazione possono prendere strade diverse, possono arrivare in ordine sparso, e quando molti si accalcano nello stesso scalo devono pazientare in coda, cosa che nella commutazione di circuito accade solo prima dell'ingresso, e in cambio di questa disciplina lasse il sistema guadagna un'efficienza straordinaria, perché la banda mai prenotata resta sempre al servizio di chi ne ha bisogno e perché un guasto a uno scalo può essere aggirato da strade alternative, virtù che spiegano perché Internet abbia scelto questa via.

Adesso scendiamo dalla torre della teoria nel cortile di casa tua e guardiamo come Internet entra dalla porta, e il percorso racconta mezzo secolo di ingegneria paziente, perché fin dagli anni novanta il filo del telefono ti collegava alla centrale con una promessa umile, portare la voce in una fascia che va da trecento a tremilatrecento hertz, e quando i computer cominciarono a parlarsi attraverso quel filo nacque il modem, che trasformava i bit in fischietti e cinguettii dentro quella stretta finestra, cantando sempre più in fretta man mano che gli schemi diventavano raffinati, finché lo standard chiamato V.90 arrivò a cinquantasei mila bit al secondo, un soffitto vicino al limite di Shannon del canale telefonico, e quella lotta contro il limite fisico merita rispetto.

Chi voleva andare oltre la fece finita, e la mossa geniale fu smettere di combattere il telefono e farselo alleato, perché il filo di rame dalla tua casa alla centrale nasconde molta più capacità di quanta la voce sappia usare, e l'ADSL, linea digitale per abbonati asimmetrica, sostituisce alla centrale il vecchio filtro che tagliava tutto sopra i tremilatrecento hertz con attrezzatura nuova che lascia libero il mezzo fino a circa un megahertz, spartisce questa nuova strada in duecentocinquantasei canali stretti, dedica il canale zero alla vecchia voce telefonica, e assegna alla discesa dei dati ben più corsie che alla salita, capovolta giustamente perché scarichi molto più di quanto carichi, il tutto senza scavare un solo metro di terreno nuovo, segnale che la fisica del rame c'è sempre stata, bastava smettere di trattarlo come un telefono. In casa un piccolo filtro separa voce e dati, e in centrale un apparecchio chiamato DSLAM raccoglie i bit di tutti e li imbocca alla rete, e l'immagine giusta è quella di una strada di campagna a una corsia per senso che diventa a otto corsie in discesa e due in salita.

Il doppino ha avuto però due rivali nella corsa all'ingresso delle case, e il primo è il cavo coassiale della televisione, che porta in casa un'autostrada di frequenze e che negli impianti moderni si chiama ibrido fibra-coassiale perché la fibra scende fino a un nodo di quartiere e solo l'ultimo tratto condivide il coassiale fra decine di case, così la velocità percepita dipende dai vicini e dalle loro serate di film, come una strada di quartiere affollata a certe ore. Il secondo rivale è la fibra vera, con la sigla FTTH, fibra fino a casa, in cui un fascio di luce arriva dentro il tuo muro e si divide con i vicini solo in un punto passivo della rete, uno splitter senza elettronica che smembra il raggio come un prisma, e le generazioni di questa tecnologia corrono ormai intorno al gigabit al secondo, così che la storia delle connessioni di casa si legge come una serie di allargamenti successivi della stessa strada, dal sentiero del modem a una corsia, alle quattro corsie dell'ADSL, alle otto del cavo, fino al grande raccordo luminoso della fibra.

Dalla presa a muro in poi il mestiere spetta al Wi-Fi, e anche lui ha un piano fisico concreto degno di rispetto, perché lavora nelle bande libere dei due virgola quattro e dei cinque gigahertz, e dentro ogni banda il regolamento fraziona lo spettro in canali, che sono le corsie della nostra immagine, con il fastidio che a due virgola quattro gigahertz le corsie si sovrappongono parzialmente e conviene sceglierne una fra la prima, la sesta e l'undicesima, quelle abbastanza lontane fra loro da non pestarsi i piedi, mentre a cinque gigahertz le corsie sono molte di più e molto più larghe, e ognuna può portare un flusso più grosso. Il tuo router sceglie un canale all'accensione e ci parla sopra con la divisione ortogonale delle frequenze, spartendo la corsia in sottoportanti, e quando il vicino accende il suo router sulla tua stessa corsia i segnali dei due si mescolano e tocca a te, paziente, cambiare corsia o salire di banda.

Tutta questa meraviglia tecnica poggia su due limiti fisici che conviene conoscere per nome, e il primo porta la firma di Henry Nyquist, ingegnere della compagnia telefonica americana, che già nel 1924 dimostrò che un canale con banda B trasporta al massimo due B simboli al secondo, punto e basta, e che se ogni simbolo distingue V livelli diversi il tetto dei bit al secondo vale due B per il logaritmo in base due di V, così che un canale perfetto da tremila hertz con due livelli non potrà mai superare seimila bit al secondo. Immagina la portata di una cantina, perché sotto quel soffitto ci stai comodo, e nessun esercizio di stretching ti farà passare sopra la trave, ed ecco la buona notizia nascosta in un limite, il fatto che il tetto esista e si possa calcolare prima ancora di comprare il materiale.

Il secondo limite è del 1948 e porta la firma di Claude Shannon, autore del più importante articolo di tutta la teoria dell'informazione secondo gli storici, ed estende il ragionamento ai canali reali dove il rumore termico, il fruscio prodotto dalle molecole in agitazione, siede sempre a tavola, quantificato dal rapporto fra potenza del segnale e potenza del rumore ed espresso in decibel, unità che onora Alexander Graham Bell, e la formula chiude la porta con garbo, bit al secondo al massimo pari a B per il logaritmo in base due di uno più il rapporto segnale rumore. Applicata all'ADSL con la sua banda di circa un megahertz e un rapporto segnale rumore di quaranta decibel sulle linee corte, la formula dice che tredici megabit al secondo sono il massimo teorico, e poiché gli standard reali si fermano appena sotto, capisci che sessant'anni di ingegneria hanno portato le macchine a sfiorare il soffitto della cantina, una vicenda di umiltà e di orgoglio insieme.

Restano infine due parole che i giornali usano come sinonimi e che invece misurano cose diverse, e separarle ti regala un occhio nuovo, perché la larghezza di banda dice quanti bit al secondo il canale riesce a ingoiare, come il numero di corsie di un'autostrada, mentre la latenza dice quanto tempo un bit impiega ad arrivare, come la velocità media dei veicoli, e un'autostrada può essere larga e lenta come la tangenziale di una grande città, oppure stretta e veloce come una mulattiera di montagna sgombra. Il libro compie il ragionamento fino in fondo con il sorriso di chi ama i paradossi, perché un camion stipato di nastri magnetici che attraversa il paese in un giorno batte, come quantità di bit consegnati al secondo, qualunque fibra esista, e la morale è che per mandare un messaggio urgente sceglierai sempre la linea a bassa latenza, mentre per spostare un intero archivio potresti preferire il camion.

Ecco dunque il senso d'insieme che questa pagina voleva regalarti, e cioè la capacità di guardare la scheda del tuo contratto Internet, la presa a muro, il router sullo scaffale e il cavo che esce dal muro con occhi che ora sanno leggere, distinguendo il mezzo dal segnale, la banda dalla latenza, il limite fisico dall'offerta commerciale, e questo sguardo vale oro per chiunque voglia un giorno cablare una rete in casa propria, perché tirare un cavo di categoria sei da un armadio all'altro, rispettare la curvatura minima della fibra e scegliere la presa invece del segnale radio dove serve stabilità, sono gesti che chiedono proprio la conoscenza raccolta qui, il mestiere del piano più basso della rete.

Ora togli le scarpe da teoria e mettiti le scarpe da giardino, perché i prossimi esperimenti si fanno tutti a casa tua, con il tuo computer, la tua rete e le tue mani, e nessuno di loro richiede di aprire un cavo o di toccare la corrente, chiedono soltanto curiosità e cinque minuti ciascuno, e ti prometto che dopo li vedrai tutti con occhi diversi. Per cominciare misura la latenza della tua connessione aprendo il terminale, quella finestrella nera che su Linux e Mac trovi tra le applicazioni di sistema, e scrivendo ping -c 4 8.8.8.8, quattro richieste di risposta verso un computer della rete, mentre su Windows apri il prompt dei comandi e scrivi ping -n 4 8.8.8.8, e osserva i millisecondi che ogni risposta impiega, quel numero è il tempo di viaggio di andata e ritorno del tuo messaggio, la latenza di cui abbiamo parlato, e se ripeti il comando col cavo e poi via Wi-Fi noterai la differenza che fa un muro di mattoni.

Per il secondo esperimento guarda il percorso dei tuoi pacchetti con traceroute 8.8.8.8 su Linux e Mac, o tracert 8.8.8.8 su Windows, e leggerai la lista dei palazzi di smistamento attraversati, i router che accolgono e rispediscono i pacchetti uno scalo dopo l'altro, esattamente la commutazione di pacchetto vista dal vivo, e poi misura la banda aprendo uno dei tanti siti che trovi cercando test di velocità, e leggi il risultato in megabit al secondo tenendo presente che otto megabit fanno un megabyte, il modo in cui i file vengono solitamente pesati, e confronta il numero col contratto, perché scoprire lo scarto fra i due valori è il primo passo per capire chi sta raccontando bugie.

Per il terzo esperimento entra nella sala macchine di casa, e cioè apri il browser e scrivi nella barra degli indirizzi il numero del tuo router, di solito 192.168.1.1 oppure 192.168.0.1, e se ti chiede la parola d'ordine guarda sotto il modem, dove i costruttori la stampano su un'etichetta, e una volta dentro cerca la pagina dello stato della connessione, dove scoprirai la tecnologia che ti tiene attaccato al mondo, se l'ADSL sul doppino, il cavo coassiale o la fibra luminosa, e i valori di banda in discesa e in salita negoziati con la centrale.

Per il quarto esperimento fai il punto della situazione del Wi-Fi installando sul telefono una delle tante applicazioni gratuite che analizzano le reti vicine e mostrano, per ognuna, il canale su cui trasmette, e ti comparirà una fotografia della piazza di cui parlavamo, decine di case che gridano sulle stesse poche frequenze, e se scopri che la tua rete condivide il canale con tre vicini accaniti apri le impostazioni del router e spostala sulla prima, sesta o undicesima corsia, oppure sali alla banda dei cinque gigahertz dove c'è posto per tutti, e rifai il test di velocità per vedere se il cambio di corsia ha liberato la strada.

Per il quinto esperimento diventa detective dei cavi, e comincia dal filo che collega il computer al router, girandolo tra le dita fino a leggere la stampigliatura sulla guaina, dove troverai la categoria, forse cinque, forse sei, e capirai quale generazione di strada hai sotto i piedi, poi alza lo sguardo alle canaline del corridoio e ai cavi che escono dalla cassetta condominiale, perché in tanti palazzi la fibra sale fino all'armadio del pianerottolo e solo l'ultimo ramo in rame discende nelle case, e questa lettura del percorso è esattamente l'allenamento che ti servirà se un giorno vorrai tirare un cavo nuovo da solo, ricordando curve dolci, fascette non troppo strette e prese di qualità.

Per l'ultimo esperimento esci di casa a caccia di infrastrutture, e camminando per il quartiere cerca gli armadietti grigi sui marciapiedi con i lucchetti, le scritte fibra ottica sui coperchi delle aree di scavo, le antenne sui tetti e i cavi neri che attraversano le facciate, perché ognuno di quegli oggetti ora racconta una storia che conosci, il doppino che arriva dalle centrali, il coassiale che scende dal nodo, la luce che viaggia nel sottosuolo, e quando li riconoscerai la mappa del quartiere si accenderà come si accende una città vista dall'aereo di notte, e ti accorgerai di aver imparato a leggere il pianterreno della grande casa di Internet.

Il modulo attinge soprattutto al capitolo dedicato al livello fisico del libro Reti di calcolatori di Andrew S. Tanenbaum e David Wetherall, dove la base teorica della trasmissione, i mezzi guidati e senza fili, la modulazione digitale, la multiplazione, il sistema telefonico pubblico con modem, ADSL e fibra fino a casa, e i limiti di Nyquist e Shannon ricevono trattazione ampia, con il furgone di nastri e l'asta inglese delle frequenze a fare da respirazione fra le formule.

Ora che sai come i bit prendono corpo e attraversano fili, vetro e aria, il percorso può salire di un piano e chiedersi come quei bit vengano organizzati in trame affidabili sul tratto fra due macchine vicine, con controlli d'errore e regole di cortesia, ed è esattamente il mestiere della pagina successiva, quindi raccogli la curiosità che hai acceso qui e prosegui verso la pagina dedicata al collegamento dati.