Le reti informatiche rappresentano una componente fondamentale del mondo moderno, permettendo la comunicazione e lo scambio di informazioni tra dispositivi eterogenei. Questo capitolo esplorerà i concetti chiave delle reti di calcolatori, dal loro scopo fondamentale alla complessità delle moderne infrastrutture di rete.

Una rete di calcolatori è un insieme di dispositivi interconnessi che possono comunicare tra di loro. Il suo scopo principale è facilitare lo scambio di dati e risorse tra utenti, applicazioni e sistemi distribuiti. Le reti di calcolatori possono variare notevolmente in dimensioni e complessità, coprendo scenari locali (LAN) o estesi a livello globale (Internet).

Dispositivi

Le reti di calcolatori sono costituite da una varietà di dispositivi che collaborano per consentire la comunicazione e la condivisione di risorse. I dispositivi si possono classificare in host e switching nodes. Gli “host” rappresentano i dispositivi finali che generano o consumano dati, gli “switching nodes” sono dispositivi intermedi che facilitano il trasporto di dati all’interno della rete. Un esempio famoso di switching node sono gli switch. 

Host

Un host è un dispositivo finale che genera o consuma dati all’interno di una rete. Può essere un computer, un server, uno smartphone o qualsiasi altro dispositivo che partecipa attivamente alla comunicazione di rete.

Gli host sono le sorgenti o le destinazioni finali dei dati in una rete. Esempi di attività svolte dagli host includono l’invio e la ricezione di pacchetti di dati, l’accesso a risorse di rete come file o stampanti, e l’esecuzione di applicazioni che richiedono la comunicazione con altri dispositivi.

Gli host possono avere indirizzi IP univoci e possono essere identificati nella rete attraverso questi indirizzi. Possono anche essere classificati come dispositivi client o server a seconda delle loro funzioni principali. (reti informatiche)

Switching Nodes

Un switching node (nodo di commutazione) si riferisce genericamente a un dispositivo di rete che è coinvolto nella commutazione (switching) dei dati da un punto all’altro nella rete.

Un switching node può essere un dispositivo di rete intermedio che instrada i dati da una sorgente a una destinazione. Questo termine può coprire una varietà di dispositivi, inclusi switch, router, bridge, e altri elementi di rete che partecipano al processo di inoltro o commutazione dei dati.Gli switching nodes sono responsabili di instradare i dati attraverso la rete in base a decisioni prese a livello di collegamento (switch) o di rete (router). Possono anche essere coinvolti nella gestione del traffico, nella suddivisione delle collisioni (in reti Ethernet), e nell’assegnazione efficiente delle risorse di rete.

Topologie di rete

Esistono diverse topologie di rete, ciascuna con i propri vantaggi e svantaggi. Di seguito, esploreremo quattro topologie comuni: topologia a stella, a bus, ad anello e a maglia. Ogni topologia ha caratteristiche uniche che la rendono adatta a determinati scenari. Come vedremo la scelta di una topologia di rete dipende dalle esigenze specifiche dell’ambiente. Mentre la topologia a stella è comune nelle reti domestiche, le topologie ad anello e a maglia sono spesso utilizzate in ambienti aziendali in cui l’affidabilità e la resilienza sono cruciali. La topologia a bus è meno comune oggi, ma può essere utilizzata in piccole reti locali.

Topologia a stella

Nella topologia a stella, tutti i dispositivi sono collegati a un punto centrale, chiamato hub o switch. In questa rete il numero dei canali è pari al numero dei nodi meno uno  (C = N -1 )

I vantaggi della topologia sono: 

• Semplice da implementare e gestire: L’aggiunta o la rimozione di dispositivi è facile. 
• Facile identificazione dei problemi: La localizzazione dei guasti è più semplice, poiché i problemi si concentrano sul dispositivo di connessione centrale.

La debolezze della topologia a stella sono:

• Dipendenza dal punto centrale: Se l’hub o lo switch centrale fallisce, tutta la rete può essere interrotta.
• Banda passante condivisa: Tutti i dati passano attraverso il punto centrale, limitando la larghezza di banda totale disponibile.

Topologia a bus

In una topologia a bus, tutti i dispositivi sono collegati a un singolo cavo di trasmissione condiviso. I punti di forza sono:

• Semplice da implementare: Richiede meno cavi e risorse.
• Facile da estendere: L’aggiunta di dispositivi è relativamente semplice.

Le principali debolezze sono:

• Collisioni di dati: I dati possono entrare in collisione quando più dispositivi cercano di trasmettere contemporaneamente.
• Guasti nel cavo: La rottura del cavo può interrompere l’intera rete.

Topologia ad anello 

In una topologia ad anello, ogni dispositivo è collegato ai due dispositivi adiacenti, formando un anello continuo.

Punti di Forza:

• Trasmissione unidirezionale: Riduce il rischio di collisioni.
• Facile da installare e aggiungere dispositivi: La connessione è diretta tra i dispositivi vicini.

Debolezze:

• Guasti ad un nodo: La rottura di un singolo nodo può interrompere l’intero anello.
• Complessità nella gestione: La riparazione e l’aggiunta di dispositivi possono essere complesse.

Topologia a maglia

In una topologia a maglia, ogni dispositivo è collegato direttamente a tutti gli altri dispositivi nella rete. (reti informatiche)

Punti di Forza:

• Affidabilità elevata: La rottura di un collegamento non interrompe la comunicazione.
• Alta larghezza di banda: Può supportare una grande quantità di traffico dati simultaneo.

Debolezze:

• Complessità e costo: Richiede molti cavi e porte.
• Difficile da gestire: L’installazione e la manutenzione possono essere complesse.

Tipi di trasmissione

La trasmissione dei dati è un elemento fondamentale delle reti informatiche, e il modo in cui i dati vengono inviati da un punto all’altro può influenzare significativamente le prestazioni e l’affidabilità della rete. Esistono diversi tipi di trasmissione, o modi in cui i dati vengono inviati attraverso una rete, ognuno con le sue caratteristiche distintive.

Trasmissione Unicast

La trasmissione unicast coinvolge la comunicazione diretta tra un mittente e un destinatario specifico. I dati inviati da un nodo sono indirizzati in modo univoco a un altro nodo sulla rete. Questo tipo di trasmissione è il più comune nelle reti e viene utilizzato, ad esempio, quando si accede a un sito web o si invia una e-mail. Questo tipo di trasmissione ha il vantaggio di essere molto efficiente e permette un maggiore contorllo sulla destinazione dei dati. Gli svantaggi principali sono quello di richiedere un indirizzo specifico per ogni destinatario e, nel caso di numerose tramissioni unicast simultanee, la presenza di potenziali congestioni.

Trasmissione Multicast

La trasmissione multicast coinvolge l’invio di dati a un gruppo selezionato di destinatari. Si tratta di un compromesso tra la trasmissione unicast e broadcast, in cui i dati vengono inviati solo a quei nodi che sono interessati alle informazioni trasmesse. I vantaggi principali riguardano la riduzione del consumo di larghezza di banda rispetto alla trasmissione broadcast, e supporta la comunicazione selettiva a gruppi specifici di nodi. I principali svantaggi sono la richiesta di protocolli specializzati e la gestione della lista dei destinatari del gruppo che richiedono una complessità aggiuntiva nella configurazione e nel mantenimento.

Trasmissione Broadcast

Nella trasmissione broadcast, i dati vengono inviati a tutti i nodi delle reti informatiche. È come se il mittente “gridasse” i dati e tutti i dispositivi sulla rete li ascoltassero. Questo tipo di trasmissione è spesso utilizzato in reti locali (LAN) per inviare informazioni a tutti i dispositivi contemporaneamente. La trasmissione broadcast semplifica la diffusione di informazioni a tutti i dispositivi ed è facile da implementare nelle reti locali. Di contro questa trasmissione prevede un consumo di banda non necessario per alcuni nodi e presenta richi alla sicurezza, poichè tutti i dispositivi possono ascoltare la trasmissione.

Tipi di comunicazione

Nelle reti informatiche i tipi di comunicazione si riferiscono alla direzione e alla modalità di trasmissione dei dati tra dispositivi collegati. Si possono individuare tre tipologie di comunicazione fra i vari dispositivi: simplex, half-duplex e full-duplex La scelta tra simplex, half-duplex e full-duplex dipende dalle esigenze specifiche dell’applicazione e delle risorse di rete disponibili. Ad esempio, nelle reti di computer, le connessioni Ethernet di solito operano in full-duplex, consentendo la trasmissione simultanea in entrambe le direzioni.

Simplex

In una comunicazione simplex, la trasmissione dei dati avviene in una sola direzione. Uno dei dispositivi è il mittente e l’altro è il ricevente, ma il flusso di dati è unidirezionale. Un esempio comune di comunicazione simplex è la trasmissione televisiva, in cui il segnale si muove solo dal mittente (trasmettitore) al ricevente (televisione). Esempi possibili sono la radio FM e la televisione tradizionale.

Half-duplex

In una comunicazione half-duplex, i dati possono essere trasmessi in entrambe le direzioni, ma non contemporaneamente. Un dispositivo può inviare dati mentre l’altro riceve, e viceversa. Tuttavia, in un dato momento, il canale è dedicato alla trasmissione o alla ricezione, non entrambe contemporaneamente. Esempi possibili sono i walkie-talkies, la maggior parte delle comunicazioni radio bidirezionali.

Full-duplex

In una comunicazione full-duplex, i dati possono essere trasmessi in entrambe le direzioni contemporaneamente. Entrambi i dispositivi possono inviare e ricevere dati simultaneamente, il che consente una comunicazione bidirezionale simultanea e continua.

Estensioni delle reti 

Le reti, inizialmente concepite come connessioni locali per facilitare la condivisione di risorse, hanno subito un’evoluzione straordinaria. Oggi, la necessità di estendere queste reti oltre i confini geografici locali è più pressante che mai. L’estensione delle reti non è solo un progresso tecnologico, ma una risposta alle esigenze crescenti di connettività in un mondo sempre più interconnesso. 

L’estensione delle reti inizia con l’abbattimento delle barriere geografiche. Le reti locali si trasformano in reti metropolitane e reti globali, creando ponti digitali tra continenti e culture. La fibra ottica e le connessioni ad alta velocità diventano le arterie che portano dati e informazioni attraverso oceani e montagne, rendendo il concetto di “distante” sempre più relativo.

BAN

Una Body Area Network (BAN) è una rete di dispositivi indossabili o impiantabili che comunicano tra di loro. Questi dispositivi possono essere dispositivi medici, sensori indossabili o qualsiasi altro dispositivo elettronico che si trovi vicino o all’interno del corpo umano. Vengono implementate reti di questo tipo per il monitoraggio delle condizioni mediche, sensori di fitness, dispositivi di monitoraggio delle prestazioni fisiche.

PAN

Una Personal Area Network (PAN) è una rete di dimensioni estremamente ridotte, progettata per collegare dispositivi personali entro un raggio limitato. In altre parole, una PAN è una rete adatta per l’interazione tra dispositivi che si trovano nelle immediate vicinanze di una persona. Questo tipo di rete è concepito per servire le esigenze di comunicazione personali, spesso limitate a uno spazio fisico molto ristretto. Le sue caratteristiche principali sono:

• Raggio Limitato:
  • Una PAN opera generalmente all’interno di un raggio di pochi metri. I dispositivi in una PAN devono essere fisicamente vicini l’uno all’altro per stabilire una connessione.
• Tecnologie Wireless:
  • La connettività in una PAN è spesso senza fili. Tecnologie comuni utilizzate per creare una PAN includono Bluetooth e infrarossi.
• Dispositivi Coinvolti:
  • I dispositivi in una PAN possono includere telefoni cellulari, computer portatili, tablet, auricolari wireless, stampanti e altri gadget personali.
• Scopo:
  • Una PAN mira a facilitare la comunicazione e lo scambio di dati tra dispositivi personali. Ad esempio, potrebbe consentire a uno smartphone di connettersi a un auricolare senza fili o a un computer portatile di sincronizzare dati con uno smartwatch.
• Applicazioni Comuni:
  • Le applicazioni comuni di una PAN comprendono la trasmissione di file tra dispositivi, la connessione di dispositivi di input come tastiere e mouse, e la condivisione di connessioni Internet tramite hotspot personali.

Immagina di essere in un caffè e di voler inviare una foto dal tuo smartphone al tuo laptop. Utilizzando una connessione Bluetooth, crei una breve distanza PAN tra i due dispositivi, consentendo il trasferimento rapido dei dati senza la necessità di una connessione Internet esterna.

In sintesi, una Personal Area Network è una rete informatica dedicata a soddisfare le esigenze di comunicazione personale, consentendo ai dispositivi personali di interagire tra loro in modo rapido e senza fili entro un raggio limitato.

LAN

Una Local Area Network (LAN) è una rete di computer e dispositivi interconnessi all’interno di un’area geografica limitata, come un edificio, un campus universitario o un’azienda. Le LAN sono progettate per agevolare la condivisione efficiente di risorse, l’accesso a servizi comuni e la comunicazione tra i dispositivi all’interno di una determinata area.

Una LAN copre un’area geografica relativamente piccola, solitamente confinata all’interno di un singolo edificio o campus. Le LAN sono progettate per fornire una velocità di trasmissione dati elevata all’interno della rete locale. Ciò consente una rapida condivisione di risorse e una comunicazione efficiente.

Le LAN possono utilizzare diverse topologie di rete, tra cui la topologia a stella (con un hub o switch centrale), la topologia a bus (con un cavo condiviso) o la topologia a anello (con un collegamento circolare). La connessione tra i dispositivi in una LAN può avvenire attraverso cavi fisici (come Ethernet) o tramite tecnologie wireless (come Wi-Fi).

Immagina un ufficio in cui i dipendenti possono connettersi alla stessa rete locale per accedere a file condivisi su un server, utilizzare una stampante di rete o comunicare tra loro tramite e-mail o altri strumenti di messaggistica interna. In questo contesto, la LAN crea un ambiente di lavoro collaborativo e connesso.

In conclusione, una Local Area Network è un elemento chiave nell’infrastruttura di comunicazione di un’organizzazione o di un ambiente aziendale, facilitando la condivisione efficiente delle risorse e promuovendo una comunicazione fluida tra i dispositivi all’interno di una specifica area geografica.

MAN

Una Metropolitan Area Network (MAN) è un tipo di rete che si estende su un’area metropolitana, coprendo una distanza geografica più ampia rispetto a una Local Area Network (LAN) ma meno estesa di una Wide Area Network (WAN). Le MAN collegano diverse LAN all’interno di una città o di una vasta area metropolitana, consentendo la comunicazione e lo scambio di dati tra sedi distanti all’interno di questa regione.

Una MAN copre un’area geografica più grande rispetto a una LAN ma è limitata a una città o a un’area metropolitana specifica. La MAN collega diverse LAN localizzate in sedi diverse all’interno della stessa area metropolitana. Queste sedi possono appartenere a un’unica organizzazione o a diverse organizzazioni interconnesse. 

La gestione di una MAN è spesso centralizzata, il che significa che un’amministrazione di rete può controllare e monitorare l’intera rete metropolitana da un’unica posizione.

WAN

Una Wide Area Network (WAN) è una rete di computer che copre un’area geografica estesa, collegando tra loro reti locali (LAN), Metropolitan Area Networks (MAN) o altre WAN. Le WAN possono estendersi su lunghe distanze, includendo connessioni tra città, paesi o continenti. Queste reti forniscono la struttura fondamentale per la comunicazione a lunga distanza e la condivisione di risorse su scala globale.

Una WAN copre aree geografiche estese, come intere nazioni o continenti. Può coinvolgere connessioni su lunghe distanze attraverso diversi mezzi di trasmissione. Generalmente le WAN utilizzano una vasta gamma di tecnologie per trasmettere dati su lunghe distanze, tra cui linee dedicate, fibre ottiche, satelliti e connessioni wireless.

La maggior parte delle WAN utilizza il protocollo TCP/IP, il quale consente la comunicazione su vasta scala attraverso reti eterogenee.

Internet

Internet è una rete globale di computer interconnessi che consente la condivisione di informazioni, comunicazione e accesso a una vasta gamma di risorse digitali. E’ frutto della interconnessione di varie reti di estensione minore. Nato negli anni ’60 come progetto militare negli Stati Uniti, Internet si è rapidamente evoluto diventando un fondamentale strumento di connessione per persone, aziende e istituzioni in tutto il mondo.

Le caratteristiche principali della rete internet sono:

• Decentralizzazione:
  • Internet è una rete decentralizzata, composta da milioni di dispositivi e server distribuiti in tutto il mondo. Non ha un’autorità centrale di controllo, il che consente una grande flessibilità e resistenza.
• Protocollo TCP/IP:
  • La comunicazione su Internet avviene attraverso il protocollo TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), un insieme di regole che stabiliscono la connessione e la trasmissione di dati tra dispositivi.
• Accesso Globale:
  • Internet offre accesso globale, consentendo a chiunque con una connessione Internet di comunicare, condividere informazioni e accedere a risorse online indipendentemente dalla posizione geografica.
• Servizi e Risorse Vari:
  • Internet offre una vasta gamma di servizi e risorse, tra cui la posta elettronica, la navigazione web, i social media, il commercio elettronico, le banche dati, le risorse educative e molto altro ancora.
• World Wide Web (WWW):
  • La World Wide Web è una delle applicazioni più popolari di Internet. Consiste in pagine web collegate tra loro attraverso link ipertestuali. Gli utenti navigano tra le pagine web utilizzando browser web come Chrome, Firefox o Safari.
• Evoluzione Tecnologica:
  • Internet è soggetta a continua evoluzione tecnologica. L’introduzione di nuove tecnologie, come la connessione a banda larga, il passaggio a IPv6 (Internet Protocol versione 6) e lo sviluppo di nuovi protocolli, contribuiscono a migliorare le prestazioni e la sicurezza.
• Sicurezza e Privacy:
  • La sicurezza e la privacy su Internet sono temi cruciali. Protocolli di sicurezza come HTTPS, firewall e crittografia vengono utilizzati per proteggere la trasmissione di dati sensibili.

Un ottimo software per la simulazione delle reti e CISCO Packet Tracer

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