Firewire: sicurezza e velocità

Nato per soddisfare criteri prestazionali elevati, curato nei dettagli e molto flessibile all’utilizzo, Firewire è una tecnologia di proprietà Apple datata a metà degli anni novanta. Un numero considerevole di dispositivi impiega questo standard, numerose specifiche son state rilasciate, ma la maggior parte dell’utenza ancora ignora pregi e difetti di questo sistema, ormai, largamente impiegato.

Firewire, altresì noto anche come IEEE1394, è un sistema di collegamento seriale, ad alta velocità, per connessione di periferiche ad interfaccia digitale, quali: computer, telecamere, scanner, fotocamere. La peculiarità di Firewire, con velocità paragonabile e delle volte anche superiore a USB, è la possibilità di interconnessione di dispositivi senza che uno di essi venga dichiarato arbitro (Host).

LA STORIA DI FIREWIRE

Firewire viene sviluppato nel 1985 nei laboratori Apple per essere adottato come metodo di comunicazione dati ad alta velocità per connessione a periferiche di archiviazione dati. Vista la solidità del sistema, Apple avviò una sperimentazione per poter implementare la porta di collegamento anche come connessione tra PC e periferiche di ogni tipo, trasferendo informazioni con un sistema molto solido. Visti i risultati eccellenti, l’azienda con sede a Cupertino, si rivolse all’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) puntando alla realizzazione di un nuovo standard da impiegare in tutti i sistemi Machintosh, Windows e Linux. Nel 1995, dopo anni di studi modifiche e revisioni, l’IEEE rilasciò con il nome IEEE1394 le specifiche tanto desiderate da Apple. Subito aziende d’oltre oceano importanti quali Sony, Panasonic, Canon e JVC lanciarono prodotti Firewire compatibili, permettendo alla mela, e costringendo i maggiori produttori di hardware, di impiegare quasi immediatamente l’IEEE1394. A differenza di altre architetture comunicative, essendo di proprietà di un’azienda singola, lo standard in questione è soggetto alla limitazione che comportano i brevetti. Apple infatti impone una tassa di qualche dollaro per poter implementare in qualsiasi prodotto la connessione di sua proprietà. Per questo motivo, un omologazione a vasta scala riguardante la fascia economica di mercato ne risente altamente, preferendo criteri delle volte meno efficaci ma gratuiti. Con il rilascio delle nuove specifiche, e dunque il supporto a velocità di 1600 Mbps e 3200 Mbps, si è fatto in modo da attrarre l’attenzione degli ingegneri impegnati nella progettazione del rivoluzionario aereo da caccia F-22 raptor. Fonti autorevoli hanno dichiarato che la robustezza e la versatilità di Firewire han fatto in modo che risultasse uno standard ideale da impiegare a bordo di un velivolo così sofisticato.

Figura 1: vista di un connettore IEEE 1394a con 6 poli.

Figura 1: vista di un connettore IEEE 1394a con 6 poli.

 

Figura 2: vista di un connettore IEEE 1394a con 4 poli.

Figura 2: vista di un connettore IEEE 1394a con 4 poli.

 

Figura 3: vista del connettore IEEE 1394b.

Figura 3: vista del connettore IEEE 1394b.

IEEE1394A: LA PRIMA VERSIONE

Il nome Firewire deriva dalla fusione delle due parole inglesi Fire (fuoco) e Wire (cavo), dovute a un surriscaldamento del cavo di trasmissione duran te i primi test eseguiti nei laboratori. IEEE1394 descrive le specifiche per una trasmissione seriale tra più apparecchi, offrendo le linee guida per una condivisione dati. A differenza delle architetture concorrenti, lo standard in questione ammette 3 differenti baudrate: 400 Mbps, 200 Mbps e 100 Mbps. Plug & Play, ovvero il riconoscimento e la configurazione automatica del dispositivo connesso, permette all’utente di collegare e scollegare il sistema in qualsiasi istante, senza incorrere in errori o problematiche di qualsiasi tipo. Il pacchetto, l’indirizzamento e la gestione Un sistema complesso come Firewire impone una gestione del protocollo rigorosa e a sua volta molto elaborata. Nato per operare in piccole reti, il collegamento utilizza un metodo di indirizzamento composto da 3 pacchetti dati e avente dimensione standard di 64bit. Il primo pacchetto, 10 bit, contiene le informazioni riguardanti il dispositivo dal quale provengono i dati, il secondo, 6 bit, dichiara l’identità del mittente, si tratta di un codice univoco generato durante l’accesso del dispositivo alla rete, mentre il pacchetto finale, 48 bit, contiene le informazioni per l’immagazzinamento dei dati che seguiranno. Uno standard come IEEE1394a da la possibilità di indirizzare fino a 256TB di informazioni, con un numero di punti di collegamento definiti fino a 64000. Firewire venne progettato per operare senza un dispositivo Host centrale, quindi ogni sistema nella rete funge a sua volta da Host e da Client. Non appena accede, il nuovo apparecchio apprende informazioni importantissime riguardanti la struttura della rete stessa e gli altri “interlocutori” a se collegati. Mediante questa configurazione, all’avvio di una comunicazione o in risposta ad una chiamata, ogni client sa quale è la via più breve ed efficace per lo scambio dati. È palese che tutto ciò ammette vantaggi e svantaggi, i quali delle volte possono anche rendere le caratteristiche dello standard inadeguate per le operazioni da svolgere. Un cavallo di battagli, non che tasto dolente di Firewire è proprio la condivisione delle informazioni: infatti in una situazione in cui più utenti abbiano la necessità di ricevere le medesime informazioni da un Host, non sarà l’Host stesso a inviare ad ogni singolo i dati, ma sarà il nodo più vicino a prendersi carico delle richieste, alleggerendo la mole informazioni e permettendo a “chi regge il gioco” di continuare con la condivisione. D’altro canto però, il sistema è efficiente se nella stessa rete si scambiano le stesse informazioni, ma non appena apparati connessi a nodi differenti avviano trasferimenti dati differenti ecco che i nodi stessi diventano maggiormente trafficati, compromettendo in maniera significativa le prestazioni.

Tabella1: descrizione dei pin di Firewire IEEE 1394a nelle due versioni a 6 e a 4 pin.

Tabella 1: descrizione dei pin di Firewire IEEE 1394a nelle due versioni a 6 e a 4 pin.

 

Tabella 2: descrizione della piedinatura del connettore Firewire IEEE 1394b.

Tabella 2: descrizione della piedinatura del connettore Firewire IEEE 1394b.

 

Tabella 3: Riassunto e differenze tra le prestazioni firewire e USB, coinvolgendo nell’indagine tutte e 3 le evoluzioni dei rispettivi standard.

Tabella 3: Riassunto e differenze tra le prestazioni firewire e USB, coinvolgendo nell’indagine tutte e 3 le evoluzioni dei rispettivi standard.

I CAVI, I CONNETTORI E LA MODALITÀ TRASMISSIVA

Lo standard IEEE1394a prevede due varianti per i connettori da impiegare nei dispositivi: uno a 6 pin e l’altro a 4 pin. La differenza sostanziale tra i due modelli è semplicemente la presenza di due contatti per l’alimentazione; infatti il connettore a sei poli sarà in grado di predisporre anche un’alimentazione di base non regolata di 30 V senza carico. In entrambi i casi, la comunicazione è affidata a due coppie di conduttori: una per la trasmissione e una per la ricezione. Le quattro linee per il trasferimento dei dati sono accoppiate e twistate 2 a 2 minimizzando la distorsione dovuta all’esterno. Oltre a ciò, l’intero cavo viene schermato e protetto a sua volta per poter garantire un transfer rate alto. La modalità di invio dati risulta stranamente come half-duplex, in quanto un canale è adibito al transito delle informazioni, mentre l’altro temporaneamente gestirà il flusso con dei segnali di clock. I quattro fili danno la possibilità al sistema di sfruttare due modalità differenti di comunicazioni, asincrona e isocrona, descritte ed utilizzate nella seguente maniera:

  • ASINCRONA:
    La trasmissione asincrona, comunemente impiegata a larga scala nelle comunicazioni dati seriali, permette a due sistemi di dialogare tra di loro senza la presenza di un segnale esterno di clock. La sincronizzazione tra i due dispositivi avviene mediante un impulso iniziale, chiamato bit di start, il quale comunicherà al ricevitore l’arrivo di informazioni a lui interessate. Questo sistema si impiega in Firewire per l’autenticazione alla rete e per l’invio dei pacchetti di indirizzamento e di servizio, ovvero nella modalità in cui entrambi gli “interlocutori” debbano scambiare dati.
  • ISOCRONA:
    La trasmissione isocrona è generalmente l’opposta della asincrona, infatti adotta un segnale di sincronizzazione atto a scandire il flusso di informazioni. Solitamente, il ricevitore emette un segnale ad onda quadra di frequenza variabile indicante, al trasmettitore, la ricezione del bit e quindi la possibilità d’invio del seguente. Risulta più sicura e flessibile, in quanto il ricevitore de termina il baudrate in base alla situazione ed ai problemi che riscontra. In Firewire si impiega durante lo scambio di grosse moli di dati, in cui è principalmente un apparecchio a dover inviare informazioni.

Anche se adotta tecniche di schermatura, Firewire non è comunque immune dai disturbi elettromagnetici più forti che potrebbero causare perdite di informazioni. Per riuscire nell’identificazione dell’errore, si sfrutta la tecnica chiamata NRZ (Non-Return-Zero) with Data-Strobe (DS) encoding, che mediante appositi accorgimenti riesce anche a ricostruire il dato perso o corrotto.

LE RETI CON IEEE1394

Firewire viene considerata dagli addetti ai lavori come una vera e propria alternativa per la realizzazione di piccole reti LAN. I 400 Mbps di banda disponibile fanno si che, per il trasferimento di dati e la navigazione in internet, il sistema si trovi al di sopra di una comune network basata su protocollo 100BaseT. La tipologia di rete assomiglia ad una comune token-ring, nella quale i PC son collegati in cerchio facendo da ponte gli uni agli altri, senza però richiedere la presenza del token e l’effettivo collegamento in cerchio: raggiunto l’ultimo client non è richiesto il collegamento con il primo. Per la realizzazione è necessaria una scheda IEEE1394 compatibile con due connettori liberi, se il PC si trova nella parte centrale della rete, con uno solo se l’utente si trova nella parte finale del collegamento. Un indirizzamento IP tramite DHCP sarà molto difficile da ottenere, in quanto ad oggi non son presenti nel mercato router che supportino questo protocollo; sta di fatto però che in reti di piccole dimensioni non sarà certo un problema effettuare un indirizzamento statico.

IEEE1394B: MODIFICHE E PRESTAZIONI AGGIUNTE

Con l’avvento di USB 2.0, anche il team di Firewire si dedicò allo studio di possibile modifiche da effettuare per guadagnare un livello prestazionale più elevato. Definito con lo standard IEEE1394b, comincia da subito a sostituire le periferiche dotate di trasferimento dati fino a 400 Mbps, arrivando a poco a poco a rendere disponibili connessioni con limiti fino a 800 Mbps. Le modifiche sono significative: partono dal radicale cambiamento del connettore, passando per i cavi, fino a revisioni più complesse del protocollo. Le nuove specifiche impongono un connettore a 9 pin, più largo e esteticamente diverso dalla versione a 6 e 4 poli. I nove contatti del connettore IEEE1394b potrebbero far pensare ad un aumento di banda mediante l’utilizzo di una coppia aggiuntiva per trasmissione o ricezione, ma non è così. I problemi che si riscontrano quando si comincia ad aumentare il baudrate, sono strettamente legati ai disturbi che il segnale incontra nel suo percorso. Attenuando al minimo queste interferenze, si può aumentare la banda passante del mezzo trasmissivo, con conseguente velocità maggiorata. Le modifiche apportate stanno nell’aggiunta di una calza esterna alle due coppie di conduttori per il trasferimento dati, ovviando in gran parte al problema appena descritto. Anche in quest’implementazione viene garantita una tensione di alimentazione, che si attesta tra gli 8 e i 15 V, con una corrente d’uscita di circa 1,5A. La retro compatibilità tra a e b è garantita a livello protocollo, ivi per cui con l’apposito cavo adattatore è possibile far dialogare correttamente il “vecchio” con il “nuovo”.

WIRELESS FIREWIRE

Ufficialmente non è ancora presente uno standard apposito, ma si riteneva importante dedicarne un pò di spazio: la 1394 Trade Association di IEEE ha approvato una specifica che prepara la strada all’arrivo sul mercato di dispositivi Firewire senza fili. La specifica Wireless Firewire, tecnicamente chiamata Protocol Adaptation Layer (PAL), si basa su di un altro standard della IEEE, l’802.15.3, pensato per le Wireless Personal Area Networks (WPAN) ad alta velocità. Il PAL non è altro che una convergenza tra il MAC del 802.15.3 e le gestione dei pacchetti sviluppate per la versione cablata del IEEE1394: sinteticamente il formato dei dati, la processazione delle informazioni e gli schemi strutturali restano invariati, viene però implementata l’eccellente funzionalità per la gestione delle reti e la trasmissione senza fili già collaudata nell’802.15.3. Come si può vedere, Firewire punta a stringere Bluetooth in un angolo, infatti la massima velocità teorica sarà di 400 Mbit/s, largamente maggiore dell’ormai vissuto Bluetooth. Il raggio massimo di copertura dei radiotrasmettitori Wireless Firewire non è per il momento noto, ma è plausibile che, visto il target di mercato auspicato per la fascia WPAN, la distanza massima non sia superiore alla decina di metri.

FIREWIRE VS USB

Dalla descrizione dello standard e dalle specifiche riportate, anche i profani si son resi conto che il diretto rivale di Firewire è l’USB. Entrambi concepiti per la connessione di periferiche, e utilizzanti la trasmissione seriale come mezzo di invio/ricezione dei dati, si impiegano ormai nei dispositivi più vari: dagli scanner alle stampanti, dagli hard disk esterni ai riproduttori mp3. Tutto ciò che impone un scambio di informazioni solitamente implementa uno, o entrambi, tra USB e Firewire. Giunti alla terza rivoluzione significativa, si trovano ad avere caratteristiche prestazionali teoriche molto differenti: USB tocca i 4,8Gbps mentre Firewire i 3,2Gbps. Trattandosi di velocità teoriche ovviamente saranno difficilmente raggiungibili mediamente, anche se, considerando le precedenti relase, IEEE1394 a differenza di USB non si discosta di molto dall’effettivo baudrate finale. In entrambi i casi viene favorita la retrocompatibilità con le versioni più datate dello standard, da notare però che non effettuando modifiche al connettore, USB si è garantito in maniera più efficace il passaggio generazionale. Tra gli altri vantaggi attribuiti alla tecnologia Firewire, c’è poi la possibilità d’impiego di cavi con lunghezze maggiori, fino a 100 metri, e la possibilità di creare reti di elaboratori capaci di comunicare tra di loro anche senza un nodo centrale. La disponibilità di una potenza più elevata di Firewire in uscita dal collegamento, fa in modo di rendere quasi inutile l’utilizzo di un qualsiasi alimentatore esterno. Nonostante ciò, Firewire è tutt’ora considerata una tecnologia poco diffusa e impiegata soltanto in una ristretta cerchia di utilizzatori, di qualità ma costosi.

 

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